Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №8 [Журнал «Домашняя лаборатория»] (fb2) читать онлайн

Annotation

Большой и увлекательный, научно-прикладной и образовательный, но некоммерческий интернет-журнал, созданный группой энтузиастов. Интернет-журнал содержит материалы, найденные в Интернет или написанные для Интернет. Основная тематика статей — то, что можно сделать самому, от садовых поделок до сверхпроводников, но есть и просто полезные материалы.

Журнал «Домашняя лаборатория»

ВЗГЛЯД

Космос: наука и мифы

НАЧИНАЮЩЕМУ ИЗОБРЕТАТЕЛЮ

Курс лекций по развитию творческого воображения и теории решения изобретательских задач для начинающих

Часть 1

Часть 2

Часть 3

Часть 4

Часть 5

Часть 6

Часть 7

Часть 8

Часть 9

Часть 10

Часть 11

Часть 12

Часть 13

СУМАСШЕДШИЕ ИДЕИ

Молния в кармане

БИОГРАФИИ

Никола Тесла

Глава первая

Глава вторая

Глава третья

Глава четвертая

Глава пятая

Глава шестая

Глава седьмая

Глава восьмая

Глава девятая

Глава десятая

Глава одиннадцатая

Глава двенадцатая

Глава тринадцатая

Глава четырнадцатая

Глава пятнадцатая

Глава шестнадцатая

Глава семнадцатая

Глава восемнадцатая

Глава девятнадцатая

Глава двадцатая

ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ

Схемы питания трансформатора Тесла

Схемы питания высокочастотных трансформаторов

Другие схемы и конструкции

Трансформатор Тесла

НАЧИНАЮЩЕМУ ХИМИКУ

Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты

Хочу стать химиком

1. Вода и воздух - самое дешевое сырье

2. Соль = основание + кислота

3. Металлы — основа техники

4. Химия углерода

5. Материалы на любой вкус

6. Ценные «мелочи». Коротко о химии красителей

7. Химия жизни. Продукты питания как химические соединения

8. Арсенал юного химика

ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Материалы семинара по обработке сигналов

Глава 1

Глава 2

Глава 3

Глава 4

Глава 5

Глава 6

Глава 7

Глава 8

Глава 9

Глава 10

ЭЛЕКТРОНИКА

Помехоустойчивые устройства

ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Работа с коммуникационными портами (СОМ и LPT) в программах для Win32

ЛИТЕРАТУРНЫЕ СТРАНИЦЫ

Отверженные (глава третья)

СПРАВОЧНИК

Растения — твои друзья и недруги

Абрикос обыкновенный

Авран лекарственный

Агава американская

Адонис — горицвет весенний

Аир болотный

Аистник цикутовый

Айва

Акация белая

Алоэ древовидное

Алтей лекарственный

Амми большая

Амми зубная

Ананас

Анис обыкновенный

Апельсин сладкий

Аралия высокая

Арахис подземный

Арбуз обыкновенный

Арника горная

Арония черноплодная — чёрная рябина

Аронник пятнистый

Астрагал шерсистоцветковый

Багульник болотный

Бадан толстолистный

Базилик обыкновенный

Баклажан

Бальзамин лесной — недотрога обыкновенная

Банан

Баранец обыкновенный

Барбарис обыкновенный

Барвинок

Бедренец камнеломковый

Безвременник осенний

Белладонна — красавка

Белена чёрная

Белозор болотный

Белокудренник чёрный

Берёза

Бересклет европейский

Бессмертник песчаный

Бешеный огурец

Бирючина обыкновенная

Бобы обыкновенные (конские)

Бодяк разнолистный

Бодяк съедобный

Болиголов крапчатый

Борец высокий

Борец синий

Борщевик обыкновенный

Боярышник кроваво-красный

Брусника

Будра плющевидная

Бузина травянистая

Бузина красная

Бузина чёрная

Буквица лекарственная

Валериана лекарственная

Василёк синий

Василисник вонючий

Вахта трилистная — трифйоль

Веребейник монетчатый — чай луговой

Вербена лекарственная

Вереск обыкновенный

Вероника лекарственная

Ветреница алтайская

Вех ядовитый — цикута

Вздутоплодник сибирский

Виноград культурный

Вишня обыкновенная

Водокрас обыкновенный

Водяной перец

Володушка золотистая

Волчец кудрявый

Волчеягодник обыкновенный, волчник

Вороний глаз

Вьюнок полевой — берёзка

Галега лекарственная — козлятник

Гармала обыкновенная

Гвоздика полевая

Герань луговая

Горец змеиный

Горец почечуйный

Горец птичий — спорыш

Горечавка перекрестнолистная

Горох посевной

Горошек мышиный

Горчица серапетская, горчица белая и чёрная

Гравилат городской, гравилат речной

Гранат

Грейпфрут

Грецкий орех

Гречиха посевная

Груша обыкновенная

Грушанка зонтичная, грушанка круглолистная

Грыжник голый

Гулявник

Девясил британский

Девясил высокий

Донник белый

Донник лекарственный

Дрок красильный

Дуб обыкновенный

Дубовник пурпуровый

Дурман обыкновенный

Дурнишник обыкновенный

Душистый колосок

Душица обыкновенная

Дымянка аптечная

Дыня обыкновенная

Дягиль лекарственный

Ель обыкновенная

Желтушник левкойный

Живокость высокая

Живокость полевая

Жостер слабительный

Заманиха высокая

Зверобой продырявленный

Земляника лесная

Зимолюбка зонтичная

Золотарник обыкновенный— золотая розга

Золототысячник зонтичный

Зопник клубненосный

Зюзник европейский

Ива белая

Инжир — смоковница

Ирис-касатик

Иссоп лекарственный

Календула — ноготки

Калина обыкновенная

Каллизия душистая

Калужица болотная

Каперсы колючие

Капуста огородная

Карагана древовидная — акация жёлтая

Картофель

Кассия узколистная

Катаранус розовый

Качим метельчатый

Каштан конский

Кермек широколистный

Кизил

Кипрей узколистный — иван-чай

Кирказон ломоносовидный

Кислица обыкновенная

Клевер луговой

Клюква обыкновенная

Княжик сибирский

Колокольчик обыкновенный

Конопля посевная

Копытень европейский

Кориандр посевной

Коровяк медвежье ухо

Коронария — кукушкин цвет

Короставник полевой

Кошачья лапка

Крапива двудомная

Крестовник обыкновенный

Крестовник широколистный

Кровохлёбка лекарственная

Крушина ломкая

Крыжовник обыкновенный

Кубышка жёлтая

Кукуруза

Купена лекарственная

Лабазник вязолистный, таволга вязолитсная

Лавр благородный

Ламинария — морская капуста

Ландыш майский

Лапчатка гусиная

Лапчатка прямостоячая — калган

Левзея сафлоровидная

Лён обыкновенный — льняное семя

Лещина — лесной орех

Лимон

Лимонник китайский

Липа

Лук репчатый

Льнянка обыкновенная

Любисток лекарственный — зоря лекарственная

Малина обыкновенная

Манжетка обыкновенная

Марена красильная

Мать-и-мачеха

Медуница лекарственная

Мелисса лекарственная

Можжевельник обыкновенный

Молочай болотный

Молочай палласа

Мордовник обыкновенный

Морковь дикая

Морковь культурная

Морозник

Мухомор красный

Мыльнянка

Мята перечная

Наперстянка

Норичник узловатый

Облепиха крушиновидная

Овёс посевной

Огурец посевной

Огуречная трава — бурачник лекарственный

Одуванчик лекарственный

Окопник лекарственный

Олеандр обыкновенный

Ольха клейкая (чёрная)

Омежник водяной

Омела белая

Ортилия-рамишия однобокая

Осина обыкновенная

Ослинник двулетний

Осока песчаная

Очанка лекарственная

Очиток большой

Очиток гибридный

Очиток едкий

Очиток пурпурный — заячья капуста

Очный цвет полевой

Папоротник мужской

Паслён сладко-горький

Паслён черный

Пастушья сумка

Патриния

Первоцвет лекарственный

Переступень белый

Перец красный, стручковый

Перец сладкий

Персик обыкновенный

Петрушка огородная

Пижма обыкновенная

Пион уклоняющийся — марьин корень

Плакун иволистый

Плаун булавовидный

Погремок большой

Подмаренник настоящий

Подмаренник цепкий

Подснежник воронова

Подорожник большой

Подсолнечник

Полынь горькая

Полынь обыкновенная — чернобыльник

Помидор съедобный — томат

Портулак огородный

Почечный чай — ортосифон тычиночный

Проломник северный

Просвирник круглолистный

Просо посевное

Прострел раскрытый — сон-трава

Пустырник обыкновенный

Пшеница

Пырей ползучий

Ревень тангутский

Редис огородный

Редька огородная

Репа огородная

Репешок обыкновенный

Рис посевной

Рогоз узколистный — камыш

Родиола розовая — золотой корень

Рододедрон золотистый

Роза крымская

Розмарин лекарственный

Ромашка аптечная

Рута пахучая

Рябина обыкновенная

Ряска маленькая

Сабельник болотный

Свёкла обыкновенная

Секуринега полукустарниковая

Сельдерей

Синеголовик плосколистный

Синюха голубая

Синяк обыкновенный

Сирень обыкновенная

Слива домашняя

Смолёвка обыкновенная

Смородина чёрная

Солерос европейский

Солодка голая, солодка уральская

Сосна обыкновенная

Соссюрея горькая, соссюрея спорная

Софора толстоплодная

Софора желтоватая

Софора японская

Стальник пашенный

Сумах дубильный

Сурепка обыкновенная

Сусак зонтичный

Сушеница топяная

Тамус обыкновенный

Татарник колючий

Термопсис ланцетовидный

Тимьян ползучий — чабрец

Толокнянка обыкновенная

Тыква обыкновенная

Тысячелистник обыкновенный

Укроп огородный

Унгерния виктора

Фиалка трёхцветная

Хвощ зимующий

Хвощ полевой

Хмель обыкновенный

Хрен обыкновенный

Хурма обыкновенная

Цикорий обыкновенный

Чайный куст

Частуха подорожниковая

Чемерица лобеля

Череда трёхраздельная

Черёмуха обыкновенная

Черника

Черноголовка обыкновенная

Чеснок посевной

Чистец лесной

Чистотел большой

Шалфей лекарственный

Шалфей дикий, луговой

Шиповник коричневый

Щавель кислый

Щавель конский

Элеутерококк колючий

Эфедра двухколосковая — кузьмичева трава

Ярутка полевая

Ясенец белый

Ясменник пахучий

Яснотка белая — глухая крапива

Бытовые яды[3]

ЮМОР

notes

1

2

3

4

Журнал «Домашняя лаборатория»

2007, № 8

ВЗГЛЯД

Космос: наука и мифы

Лесков Л. В.

Кто мы? Откуда мы пришли? Куда идем? Ответы на эти вопросы менялись по мере "взросления" человечества. На каждом этапе этого пути человек, глядя на звезды, объяснял космос с помощью мифов. О старых и новых космических мифах и рассказывается в этой статье.

Что такое космос?

— Что такое космос? — спросил я у своего семилетнего внука.

— Космос — это небо, — ответил он, — и на нем звезды. Там космонавты летают.

Выслушав его ответ, я подумал, что из десяти человек девять ответили бы примерно так же. Между тем это один из самых важных и сложных вопросов, которые сам себе задавал человек еще несколько тысячелетий назад, когда впервые задумался о смысле бытия.

В VI в. до н. э. термин "космос", что по-гречески означает "порядок, гармония, вселенная", впервые употребил Пифагор для обозначения системы мироздания, гармонии его частей.

За этим термином скрывается сложная триада "Вселенная — смысл сущего — человек". Раскрывая внутреннюю логику этой триады, нетрудно поставить вопросы, на которые никогда не было бесспорно ясных ответов и которые поэтому всегда вызывали тревогу: кто мы, откуда мы пришли, куда идем?

Все это делало осмысливание понятия "космос" весьма важным во многих отношениях одновременно — в познавательном, мировоззренческом, морально-этическом и чисто практическом. Не удивительно поэтому, что в разные исторические эпохи эти вопросы раскрывались по-разному, и по мере развития общества старые взгляды претерпевали радикальные изменения.

Наше время характеризуется весьма противоречивыми процессами в подходе к этим вопросам. С одной стороны, происходит поразительно быстрая и глубокая перестройка фундаментальных представлений о космосе, а с другой — широкое распространение получил чисто потребительский взгляд на космос как на свободное околоземное пространство, которое человечество осваивает и приспосабливает к своим нуждам как новую производственную среду. Возможно, в качестве реакции на эти два противоположных подхода — чисто научный и узкоутилитарный — у части населения возник повышенный интерес к многочисленным сообщениям о таких необычных околокосмических феноменах, как НЛО, визиты инопланетян, параллельные миры и т. п.

Не менее удивительно и другое: если многие проявляют живой интерес к сенсационным сообщениям об НЛО и энлонавтах, то поистине головокружительные успехи наук о космосе с тем же постоянством оставляют глубоко равнодушным большинство населения. Зато о прикладном значении космических исследований сегодня готовы судить, кажется, все, причем с легкостью необыкновенной, примерно как о футболе, призывая время от времени к экономии на курицах, которые способны нести золотые яйца.

Есть немало опубликованных работ, в которых исследуется, как в разные исторические эпохи отвечали на поставленные вопросы. Однако необычность ситуации с космическими проблемами в наше время делает актуальным и целесообразным проведение нового исследования этих вопросов, которое учитывало бы изменившиеся обстоятельства. Автор именно это и попытается сделать, разумеется ни в коей мере не претендуя на окончательную полноту и бесспорность своих взглядов.

Первые шаги

У Валерия Брюсова есть стихотворение "Халдейский пастух":

Отторжен от тебя безмолвием столетий,

Сегодня о тебе мечтаю я, мой друг!

…Ты жадно смотришь вдаль, ты с вышины холма

За звездами следишь, их узнаешь и числишь,

Предвидишь их круги, склонения… Ты мыслишь,

И таинства миров яснеют для ума.

Когда это было, когда наш далекий предок, подняв глаза к звездному небу, впервые задумался о том, что такое мироздание? Впрочем, начать надо с другого вопроса: располагает ли современная наука реальными возможностями, чтобы хоть как-то ответить на этот вопрос? Оказывается, такие возможности у нее есть.

Лет пятнадцать назад историк и философ Б. Ф. Поршнев опубликовал книгу "О начале человеческой истории". По данным археологии, отмечается в ней, предшественники человека жили на Земле еще 3 миллиона лет назад. Сменилась длинная череда поколений — 100000, а техника, которой располагали наши предки, оставалась почти неизменной. Затем, тысяч 20 или 30 лет назад, произошел буквально взрыв, техника словно рванулась вперед, все ускоряя и ускоряя свой ход, а человек — Homo sapiens — вообще перестал изменяться. Что же произошло, какое событие породило и подтолкнуло с таким гигантским ускорением — нам хватило всего 500 поколений, чтобы достичь современного уровня, — ход мировой истории?

Таким событием, отвечает Б. Ф. Поршнев, явилось возникновение речи, которое сделало возможным истинно человеческий труд, иными словами, труд, регулируемый речью.

Вероятно, эта глубокая мысль все же страдает некоторой односторонностью. Вспомним слова Маркса: "Сущность человека…есть совокупность всех общественных отношений" (Маркс К., Энгельс Ф. Сочинения, т. 3, стр. 3). Очевидно, мало сказать" о возникновении речи, надо учесть и еще одно — появление человеческого общества, социума. А значит, и сознания.

Вот как определяет сознание психофизиолог академик П. В. Симонов: это "знание, которое с помощью слов, математических символов, образов художественных произведений, образцов технологии и т. п. может быть передано другому, стать достоянием других членов сообщества".

А вот мнение крупнейшего отечественного специалиста по философии культуры М. М. Бахтина: основа человеческого сознания — диалог; "сознание есть там, где есть два сознания".

Осознание окружающей действительности предполагает возникновение мира идей, который должен быть отчужден как от того, кто передает информацию, так и от того, кто ее воспринимает. Философ Карл Поппер назвал этот мир идей миром 3 — после мира 1 (объективная действительность) и мира 2 (реакция на него человека — эмоции, мысли, память).

Итак, глаза человека раскрылись, он увидел окружающий его мир и начал познавать его. Предоставим слово психофизиологу академику А. А. Ухтомскому: "Доминанта человеческой психики, базисная потребность — это стремление познать окружающий мир". К сожалению, знания нашего далекого предка были очень скудными, и это не могло не вызывать у него чувства растерянности, которое порождало беспомощность и мешало целесообразным действиям.

Но древний человек уже научился мыслить и нашел выход. Этим выходом был миф. В том числе и миф о космосе.

— Погодите, — останавливает нас недоверчивый читатель. — Эдак у вас получится, что человек стал человеком в тот момент, когда назвал звезды у себя над головой небом и ощутил себя частью космоса. Да вы просто увлеклись фантазиями поэта Брюсова и рассуждениями профессора Поршнева! Какие у вас доказательства?

Доказательства как раз есть. Первое дает языкознание, точнее, анализ слов, их происхождения, смыслового содержания денотата (т. е. предмета имени) и связей между словами. Недавно М. М. Маковский опубликовал такое исследование для группы индоевропейских языков. Вот в качестве примера цепочки взаимосвязей, которые прослеживаются для ряда слов, имеющих прямое отношение к нашей теме:

Космос (порядок, украшение) — резать, бить (сравните с мифом о всемирном дереве) — светить — земля — сырой, теплый.

— Небо — каменный (каменный свод?) — высота. — Бог — делить — резать — удача-судьба (бог тот, кто определяет судьбу).

Не правда ли, любопытная получается картина, которая позволяет хотя бы отчасти проникнуть в строй мыслей людей, живших много тысячелетий назад?

Другим источником сведений о доисторических взглядах на космос служит археология. На примере верований предков славян эти вопросы исследовал академик Б. А. Рыбаков. Космологические сюжеты прослеживаются в древних амулетах, фибулах, украшениях. Святилища предков славян отражали три сферы макрокосма — небесную, земную и подземную. Символом жизни служили скульптуры фаллического божества Рода Святовита. В этом божестве находила отражение идея древа жизни, ее круговорота. Святилище имело форму круга с идолами посередине — это символизировало идею мироздания и подчеркивало самоотождествление человека и образа мира (в более поздней терминологии микро- и макрокосма).

Древние святилища выполняли также важную прикладную функцию — они обеспечивали пользование календарной системой, позволяли регулировать аграрно-магическую деятельность. Анализ древней языческой космологии приводит к выводу: свобода человека в эту эпоху была резко ограничена, его деятельность была полностью предопределена природными и космическими силами.

Несмотря на эту высокую степень несвободы первобытного человека, можно все же утверждать: впервые задав себе вопросы — кто я, откуда мы пришли? — человек одновременно поставил и другой вопрос — что такое космос? Вот как оценил эту ситуацию известный математик и философ В. В. Налимов: "Кажется, все в деятельности человека оказывается, в конечном счете, устремленным в одном направлении: человека прежде всего беспокоит смысл Мира — самые глубокие его смыслы".

Мифы и космос

Первые систематизированные представления о космосе дошли до нас в форме мифов. Почему?

Перед человеком, который только-только научился мыслить, открылся мир, полный опасностей, загадок, неопределенностей. Возникшая у человека острая потребность в познании этого мира породила мифотворчество — миф можно было поставить между собой и пугающим хаосом окружающей действительности. Чтобы избавиться от неопределенности, человек дал миру мифическое объяснение — это избавило его от бремени непонимания, наполнило конкретным содержанием мир — мир идей, придало действиям человека осмысленную целенаправленность.

Миф служил опорой магии, с помощью которой человек пытался подчинить и поставить себе на службу силы природы, которые часто были ему враждебны. Поэтому миф радикальным образом отличается от сказки: человек принимает его за правду, каким бы неправдоподобным он ни казался.

Был ли у древнего человека иной выбор? Возникновение мифов относится к эпохе первобытнообщинного строя — архаической общественной формации, которая охватывает время от зарождения социальных отношений до появления классового общества. В этих условиях — миф оказался единственно доступным для человека способом мышления вне рамок его общинно-родовых отношений. Миф не заменял древнему человеку знаний, он лишь замещал многочисленные пробелы, которые в них имелись.

По мере развития древнего социума и перехода к классовому обществу на передний план стала постепенно выходить вторая функция мифа — обслуживание социальных потребностей человека. Миф стал превращаться в культ. В итоге начало складываться понимание мифа как абстрактно обобщенного образа.

Основную часть древней мифологии составляют природные мифы, отличительный признак которых — вера в одушевленность всей природы, олицетворение природных сил и явлений (первобытный анимизм от латинского "анимус" — дух). Характерна в этом отношении астральная мифология. Соответствующие легенды и предания хранит историческая память всех народов без исключения. Мы до сих пор используем названия планет и созвездий, которые они получили на основе природных мифов еще в Древней Греции.

Другая характерная черта наиболее древней картины мира — опора на эзотерические, тайные знания, магия. Ключ к пониманию магии лежит в представлении о том, что между вещами в мыслях и в реальности существуют невидимые связи, используя которые можно либо предугадывать ход событий в реальном мире, либо влиять на них. Именно в этом состоят корни астрологии, а также колдовства и магии. Одно из основных положений астрологии сводится к предположению о том, что небесные тела наделены душой или разумом.

Мифологическое видение мира — это антропологизм, предположение, что все наблюдаемые в природе явления и объекты — Солнце, звезды, деревья, реки, ветер

— это одушевленные существа, которые живут наподобие людей и точно так же проходят периоды рождения, роста, упадка и т. д. Размышляя на эту тему, авторы древних мифов приходили иногда к весьма глубоким наблюдениям. Приведем в качестве примера космогонический гимн из 10-й книги древнеиндийского эпоса "Ригведы" (XV–V вв. до н. э.):

Тогда не было ни сущего, ни не сущего;

Не было ни воздушного пространства, ни неба над ним.

…Без дуновения само собой дышало Единое

И ничего, кроме него, не было.

Вначале тьма была покрыта тьмою.

Все это было неразличимо, текуче.

От великого тапаса (животворящее тепло. — Авт.) зародилось Единое,

Покрытое пустотою.

Этот отрывок интересен тем, что в нем четко прослеживаются ростки стихийно-материалистического мировоззрения. Пример идеалистического подхода к проблемам космогонии — библейская "Книга бытия", созданная примерно в то же время.

В своих художнических озарениях неведомые творцы мифов нередко поднимались до натурфилософских обобщений большой силы и глубины. Эта особенность мифов привела к тому, что современная наука — прежде всего физика — в ряде случаев начала обращаться к сокровищнице образов и идей, накопленных еще на заре истории куль туры.

Возникает вопрос: почему восприятие мира первобытно-общинным человеком носит преимущественно мифологический характер? Дело в том, что для него миф — единственно доступный способ мышления вне его общинно-родовых отношений. Понимание мифа как абстрактно обобщенного образа возникло в значительно более поздние эпохи. Человек времен первобытно-общинного строя всю окружающую действительность переводил на мифологический язык.

Таковы основные черты первоначального восприятия космоса на уровне мифологии.

Античная картина мира

Первая картина мира, которую можно назвать научной, сформировалась в следующую историческую эпоху — эпоху античности. Практические потребности нового времени, развитая система рабовладельческих обществ потребовали решения ряда научно-прикладных задач — развития географии, звездной навигации, совершенствования системы календаря и т. д. Ученые античности впервые поставили и решили эти задачи.

Пифагор — автор термина "космос" в современном понимании — сформулировал учение о божественной роли чисел, которые управляют мирозданием. Он предложил пироцентрическую систему мира, согласно которой Солнце и планеты под музыку небесных сфер вращаются вокруг центрального огня.

Мистика чисел, разработанная Пифагором и его последователями, оказалась весьма живучей и была положена в основу магии и астрологии. Но одновременно идеи пифагорейской школы о роли чисел были использованы в количественном анализе, ставшем в новое время основой научного описания природы. А представление об основополагающей роли чисел в системе мироздания оказалось созвучным с геометрическими основами современной теории тяготения — общей теории относительности.

Вершиной научных достижений античности явилось учение Аристотеля. В основу системы мироздания, по Аристотелю, положена эссенциалистская концепция познания (essentie по-латыни значит "сущность"), а использованный при этом метод является аксиоматически-дедуктивным. Согласно этой концепции непосредственный опыт позволяет познать частное, а всеобщее выводится из него умозрительным путем (с помощью "очей разума"). По Аристотелю, за изменчивым обликом космоса лежит иерархия универсалий, сущностей, о которых человек может получить достоверное знание. Цель натуральной философии — именно познание сущностей, а инструментом познания служит разум.

Для понимания космической философии античности важную роль играет учение о логосе, который является одновременно и объективным, и субъективным элементом. Логос — значит "слово", "мысль" и выступает как сила, организующая хаос и преобразующая его в гармонически совершенный космос. У Аристотеля концепция логоса нашла отражение в телеологии, учении о целенаправленном движении под действием энтелехии — активного начала, которое превращает возможность в действительность.

Последователи Аристотеля — перипатетики — завершили создание стройной схоластической системы знаний, которая представлялась им полной, поскольку отражала структуру космоса во всех его аспектах. Схоластическое учение представлялось также завершенным и абсолютным, поскольку никто не может "исправить" космос. Неизменность и совершенство античного знания о космосе (схолы) отражали неизменность и совершенство самого космоса. Очевидным социальным откликом такого образа мироздания служила статичность и иерархичность социальной структуры античного общества.

Согласно представлениям схоластов Вселенная вечна, но периодически разрушается, чтобы вновь возродиться в следующем космическом цикле (палингенезис). Аристотель уточнял, что разрушению подвергается только изменчивый подлунный мир, а области, лежащие выше Луны, являются вечными. Звезды состоят из божественной субстанции, а потому имеют власть над всем происходящим в подлунном мире. Продолжительность "Великого года" по Платону составляет 760 тыс. лет, по Птолемею — 36 тыс. лет.

После работ Платона и Аристотеля ни один серьезный философ не оспаривал теории сферичности Земли. Аристотелю также принадлежит заслуга формирования единого свода физических представлений античности.

Античная культура основана на принципе объективизма. Космологизм античности носит одушевленно-разумный характер: космос неизменен, вечен и совершенен, а потому обладает божественной сущностью. Античные боги в представлении Платона и Аристотеля — это воплощенные в космосе идеи, иными словами, управляющие им законы. Такой взгляд на божество и космос означает пантеизм.

Каково место человека в этой системе абсолютного космологизма? Если все происходящее в космосе — результат этой абсолютной необходимости, то это означает, что жизнь человека находится полностью во власти судьбы (Мойра, Адрастея, Тюхе, Ананке). Однако античный человек воспринимал этот фатализм свое образно: поскольку конкретный ход судьбы ему неизвестен, он обладает свободой воли принимать собственные решения. А. Ф. Лосев называет это абсолютизмом фаталистически-героического космологизма.

А. Ф. Лосеву и А. А. Тахо-Годи принадлежит интересное филологическое исследование понятия "личность" в древнегреческом и латинском языках. Анализируя термины "субъектум", "индивидуум", "просопон", "гипостасис", они приходят к выводу, что ни один из них не соответствует тому пониманию, которое мы вкладываем в слово "личность". По их мнению, ближе всего для этой цели подходит термин "сома", однако и он означает "тело". Этот анализ позволяет уточнить античные представления о роли и месте человека в абсолютном космосе мир — сцена, а люди — актеры, которые создаются космосом и растворяются в нем после того, как сыграют на этой сцене роль, предписанную самим космосом. Таким образом, это еще и художественное восприятие космоса, ведь этот термин означает порядок, гармонию, красоту.

Античный человек — эманация космоса, он свободен в поступках, но судьба его предопределена. Он — часть абсолютного космоса, но внеличностен. В социальном плане это портрет рабовладельца, потому что рабовладение тоже безличностно. По Аристотелю, все общее — это рабовладелец по отношению к частному, все единичное — это рабы. С точки зрения этой теории рабовладение является земным отражением абсолютного космологизма.

С концом рабовладения эта космическая философия не могла не зайти в тупик. Так и получилось: на исходе античности философская школа неоплатоников пришла к выводу, что космос — это пустыня, потому что нет личности. Плотин, основатель неоплатонизма (III в. н. э.), учил, что космос — это неопределенный, лишенный каких-либо собственных качеств восприемник вечных идей (эйдосов), источником которых служит Единое. Из Единого проистекают разум (нус), содержащий всё идеи, а также мировая душа, заключающая в себе все индивидуальные души.

Отсюда был один шаг до возвеличения личности, и такой шаг сделала философия монотеизма (христианство, ислам). В основе этого учения лежала уже не природа, а демиург — абсолютная личность, которая "выше" и "раньше" космоса. Однако, начавшись в античную эпоху, эта философия достигла расцвета уже в средние века.

Средние века

Христианство возникло и стало развиваться, когда начался глубокий кризис мировой Римской империи, которая владычествовала над огромной частью античной Ойкумены. Отчаявшиеся, обнищавшие подданные мировой державы мучительно искали спасения, выхода. "Такой выход нашелся, — писал Энгельс. — Но не в этом мире. При тогдашнем положении вещей выход мог быть лишь в области религии" (Маркс К., Энгельс Ф. Сочинения, т. 22, стр. 483). Этой религией оказалось христианство.

По сравнению с языческой религией, оставшейся глубоко равнодушной к личности человека, в чисто этическом и моральном плане христианство с его проповедью человеколюбия, несомненно, явилось крупным шагом вперед. Заложенный в Писании нравственный потенциал послужил источником для многих гуманистических идей на протяжении всех последующих эпох.

Схоластическая система мироздания, впитавшая в себя элементы мифологических представлений, оказалась очень устойчивой и составляла основу европейской науки на протяжении более полутора тысяч лет — вплоть до начала научной революции, ознаменованной трудами Коперника, Галилея и Ньютона. Объяснение этой редкостной устойчивости следует искать в том, что такие черты, как замкнутость, иерархичность, статичность, оказались общими для двух последовательно сменявших друг друга общественных укладов жизни — рабовладельческого и феодального. Эти черты, нашедшие отражение в учении перипатетиков, позволили католической церкви принять точку зрения схолы на космос и придерживаться ее в течение всей эпохи средних веков.

Это, однако, не означает, что принятый в средние века образ космоса не претерпевал никаких изменений и не имел своих особенностей. Средневековье началось с распада великой Римской империи, с резкого ослабления торговых, культурных и научных связей между различными центрами Европы. Этот общий упадок отразился на появлении странных картин мира. Так, Косьма Индикоплов, руководствуясь рассказом о скинии господней, считал, что Вселенная имеет форму ящика. Гервазий Тильберийский считал Землю квадратной и т. д.

Однако в целом космогония средних веков определялась двумя источниками — библией и учением Аристотеля. Образ мира представлялся в виде огромной символической системы, своего рода собора идей. Во всех окружающих явлениях видели божественный промысел.

В сохранении античного наследия в средние века выдающуюся роль сыграла арабская наука VIII–XV вв. На арабский язык были переведены основные труды греческих астрономов. Некоторые из них стали позднее известны в Европе под их арабскими названиями (например, "Альмагест" — "величайшее сочинение" Птолемея). В части теоретических обобщений арабская наука в целом, однако, не пошла дальше античной космогонии.

В университетах средневековья господствовал томизм — учение Фомы Аквинского (XIII в.). Используя идеи Аристотеля, "Доктор ангеликус" построил иерархически упорядоченную картину мира, в которой истины разума согласовались с истинами веры. По его словам, для прекрасного необходимы три вещи: совершенство, Согласованность и ясность.

Античный мир не знал этого абсолютного монотеизма, абсолютной власти творца над миром. Космология средневекового христианства (как и других типов монотеизма) основана не на примате чувственно-материальной природы, а на признании абсолютного духа. Абсолютный дух, абсолютная личность, бог выступает здесь как сила, которая, безусловно, выше космоса и которая создает его по собственной воле.

Однако в этом мире действовал также и дьявол, враг рода человеческого. Согласно учению блаженного Августина (IV–V вв.) бесовская хитрость приводит к тому, что все зримое в этом мире может быть учиняемо дьяволами. Само собой разумеется, такие представления открывали полный простор черной магии, оккультизму, герменевтике и колдовству с той особенностью, что средневековая теология изгнала их из сферы разумного миропорядка в область демонизма.

Поскольку все в мире находится во взаимосвязи и взаимозависимости и любую ассоциацию можно истолковать на основе внешнего сходства, процветала астрология. Такие ее средневековые авторитеты, как Парацельс и Агриппа, рассматривали ее даже как естественнонаучный фундамент медицины. Макро- и микрокосм, т. е. Вселенная и человек, были подобны друг другу и связаны тысячами связей. Человеческая жизнь подчинялась ходу небесных светил.

Чтобы правильно понять деятельность неба, считал Парацельс, надо быть одновременно теологом, физиком и философом. Человеку было дано расшифровать небесные знаки божественной воли — расположение светил, появление комет или такие явления, как вифлеемская звезда. Однако, по мнению Парацельса, из любви к человеку бог наградил его свободой воли, что позволяет ему сопротивляться неблагоприятному стечению обстоятельств и влиянию звезд, контролировать свои болезни.

О роли разума в познании мира высказывались прямо противоположные точки зрения: "разум не способен и не достоин, понять явления природы" (Михаил Скотт, XIII в.); "если разуму не быть верховным судьей, то для чего же он дан каждому человеку?" (Аделяр Батский, XII в.). Преобладала первая точка зрения.

Тем не менее в Европе действовала университетская наука. Вот перечень некоторых проблем, которые исследовались в средневековых трактатах по космогонии: какова природа бога, какова природа времени, откуда брался свет в первые три дня творения, когда не было Солнца, и т. д. Методология исследования состояла в толковании библии, писаний отцов церкви и некоторых античных авторов. Интересно, что даже в рамках такого подхода ученым средневековья удавались глубокие философские и мировоззренческие обобщения.

Суть средневекового метода познания — в апологии Логоса: истину следовало искать в священном Писании, творениях отцов церкви и перипатетике, приспособленной к этим трудам.

По сравнению с античностью космос средневековья обладал одной общей особенностью — крайним пессимизмом взгляда на жизнь, эсхатологическими настроениями, постоянным ожиданием конца света. Эта духовная атмосфера апокалипсиса особенно сгустилась впредреформационную эпоху. "Призыв memento mori (помни о смерти), — писал об этой эпохе голландский историк и. Хейзинга, — пронизывал все ее существование". Зримым образом скорого конца мира служили гравюры Дюрера "Меланхолия" и "Четверо всадников".

В XIV в., когда средневековое общество начало испытывать кризисные явления, против томизма выступили представители поздней схоластики и номиналисты, учение которых Маркс называл первым выражением материализма в средние века. Самым заметным среди них был Оккам, который отстаивал неограниченные возможности человеческого разума в познании земных явлений, одновременно утверждая непостижимость бога.

Инструментом познания мира вещей, по Оккаму, является формальная логика (именно ему принадлежит известный логический принцип "бритвы Оккама"). Говоря о боге, Оккам считал, что он раскрывает себя через Писание, толкованием которого занимается церковь.

Возрождение

Несомненно, вершиной средневековой космогонии стал образ мира, созданный поэтическим воображением Данте в "Божественной комедии". Если по своей изобразительной схеме космос Данте еще целиком соответствует представлениям, которые сложились в средние века, то по гуманистической направленности, по оценке роли и места в космосе человека поэма обращена уже к следующей исторической эпохе — эпохе Возрождения. Подлинным гимном познания звучат слова, которые поэт вложил в уста Одиссея:

Тот малый срок, пока еще не спят

Земные чувства, их остаток скудный

Отдайте постиженью новизны,

Чтоб, солнцу вслед, увидеть мир безлюдный!

Подумайте о том, чьи вы сыны:

Вы созданы не для животной доли,

Но к доблести я славе рождены.

Социальной основой Возрождения — этого революционного переворота — было быстрое развитие буржуазного общества в недрах абсолютистских европейских монархий. Зарождавшийся новый общественный строй требовал переосмысления роли человека в мире, который в средние века представлялся статичным, а теперь приходил в движение. Сам человек, еще недавно воспринимавший себя как игрушку в руках борющихся сил небесных и демонических и пытавшийся предугадать собственную судьбу в движениях небесных светил, вдруг почувствовал себя хозяином жизни, ощутил собственную самоценность. Эта вера в почти безграничные возможности человеческой мысли, во всепобеждающую силу разума провела пограничную черту, отделяющую Возрождение от эпохи средних веков.

Антропоцентризм — наиболее характерная особенность культуры Возрождения. Идеи гуманизма проповедовал Эразм Роттердамский, утверждавший, что мера всех вещей — человек. Однако наиболее значительную роль в изменении представлений о месте человека в системе мироздания сыграло учение зачинателя протестантского движения Лютера. Вера, которая в его знаменитых Виттенбергских тезисах противопоставлялась авторитету, приобретала сходство с критическим и ищущим разумом, который, в конечном счете, оказывался противоположностью самой вере. Это дало Энгельсу основание сказать, что тезисы Лютера "оказали воспламеняющее действие, подобное удару молнии в бочку пороха" (Маркс К., Энгельс Ф. Сочинения, т. 7, стр. 392).

Гуманизм становится определяющей приметой Возрождения. Однако судьба титанов этой эпохи — Данте, Леонардо, Микеланджело, Бруно — трагична: новое рождалось в жестокой борьбе со старым, уходящим миром. Впрочем, так было во все времена. В античную эпоху Сократ был приговорен к смерти, Аристотель вынужден был покинуть Афины и, по слухам, отравился, Гипатию растерзала толпа фанатиков-христиан. На рубеже нового времени взошли на костер Бруно и Сервет, Галилей был приговорен к пожизненному заточению, Декарт и Ньютон не решились при жизни опубликовать некоторые работы, в России церковники замышляли процесс над Ломоносовым.

Центральной идеей космической натурфилософии Возрождения стала идея самодвижения материи. Божественные истины, положенные творцом в основу мироздания, оказались доступными человеческому разуму, Признав в принципе возможность постижения этих истин, деятелям этой эпохи предстояло пройти долгий и непростой путь к нахождению методов, адекватных поставленной задаче. Этот путь пролегал через фантастическую смесь идей античной философии, христианской мистики, магии и каббализма к экспериментальным методам исследования основных физических закономерностей и их теоретическому обобщению. Важно было начать это движение, и оно было начато.

На этом пути можно отметить несколько наиболее значительных идей. Еще в XIII в. Аверроэс выдвинул концепцию двойной истины — богословской и научной. Церковь отвергла эту идею, но она сыграла свою роль в познании космоса. В трактатах Николая Кузанского (XV в.) намечен переход от средневековой схоластики к экспериментальным методам исследования, содержится ряд принципиально важных космогонических идей: отрицание абсолютного центра Вселенной, аргументы против геоцентризма, глубокий анализ проблемы бесконечности и др.

Преобразование космогонических идей средневековья продолжено в трудах Телезно и Патрици (XVI в.). Телезио вводит разграничение действий творца и проявлений естественного закона, который регулирует творение. В основе книги Патрици "Новая философия Вселенной" лежит радикально преобразованная концепция неоплатоников: свет — божественная благодать, но одновременно пространственная сущность, которая формирует вещество. Космос Патрици — бесконечное незаселенное пространство. Завершающий шаг в развитии этих идей сделал Бруно, который наполнил бесконечный космос обитаемыми мирами, подобными миру Земли.

Новое время

В 1543 г. вышли две книги — "Об обращении небесных сфер" Коперника и "О строении человеческого тела" Везалия. Они знаменовали кардинальный разрыв со средневековыми представлениями о макро- и микрокосме, о Вселенной и человеке и переход к каузальному объяснению природных явлений на основе объективно существующих механических закономерностей. Гелиоцентрическая система Коперника означала также десакрализацию категорий пространства и времени, их истолкование через понятие механического движения.

Нельзя сказать, чтобы современники мировоззренческой революции с легкостью восприняли зарождение новых представлений о космосе. Напротив, процесс переосмысления был долгим и мучительным. Вот как, например, отразил эту ситуацию английский поэт Джон Донн (XVII в.):

Все в новой философии сомненье:

Огонь былое потерял значенье.

Нет Солнца, нет Земли — нельзя понять,

Где нам теперь их следует искать…

Так много нового, мир обречен,

На атомы он снова раздроблен.

Все рушится, и связь времен пропала,

Все относительным отныне стало.

А вот что думал на ту же тему его современник, один из основоположников механики Паскаль: "Мы не способны ни к всеобъемлющему познанию, ни к полному неведению. Плывем по безбрежности, не ведая куда, что-то гонит нас, бросает из стороны в сторону… Вокруг нас нет ничего незыблемого",

Видимо, не случайно на этом фоне всеобщего смятения в XVI в. создаются новые мистические системы мировидения. Это "Оккультная философия" Агриппы Неттесгеймского и "наука" о тайных силах природы, якобы исследующая внутреннюю сущность явлений, мистическая концепция космоса, сформулированная "духовидцем" Яковом Бёме. Эти "системы" имели продолжение — в XVIII в. последователь Бёме Э. Сведенборг создал теософское учение о точном соответствии небесных и земных явлений, разработал космогоническую иерархию добрых и злых сил, с которыми возможно общение.

Но даже и серьезные ученые не могли полностью отказаться от устаревших представлений о космосе. Так, Тихо Браге в связи с появлением кометы 1572 г. рассуждал о волнениях в Европе и о конце мира. Кеплер провел реформу астрологии, связывая политическую и культурную жизнь Европы с космическими событиями.

Зарождение механистической картины мира на самом исходе эпохи Возрождения знаменовало начало нового периода в развитии представлений о космосе — периода первой научной революции. На протяжении примерно полутора веков произошло становление новой научной парадигмы. Следует назвать блестящую череду имен Бэкона, Галилея, Декарта, Спинозы, Лейбница, Ньютона, труды которых привели к формированию образа космоса, адекватного требованиям новой исторической эпохи.

Рассмотрим основные черты этих новых представлений о космосе на примере взглядов Ньютона, труды которого явились вершиной натурфилософии нового времени. Не будем останавливаться на общеизвестном — законах классической механики и законе всемирного тяготения, формулировка которых признана основной научной заслугой Ньютона. Обратимся к анализу мировоззренческих представлений основоположника современной физики на примере его главного научного труда — "Математических начал натуральной философия". Натуральная философия, иными словами, философия природы (слово "космос" Ньютон не любил, возможно, потому, что на этом термине со времен средневековья лежала тень герметизма — мистического учения о тайнах Вселенной) — в этом заголовке труда Ньютона звучит отзвук споров, которые в его времена волновали лучшие умы: своей книгой Ньютон бросал вызов знаменитой работе Декарта "Начала философии", опубликованной четырьмя десятилетиями ранее. Декарт построил цельную картину мира, в которой с чисто механистических позиций давал объяснение всем известным в то время физическим и химическим явлениям. Подобный взгляд он пытался распространить и на физиологические явления, рассматривая тело человека как сложный механизм.

Заслуга Декарта состояла в том, что он сумел отбросить закосневшие средневековые представления, основанные на приспособлении учения перипатетиков к теологии.

Но метод, которым пользовался Декарт, обладал принципиальным недостатком: он то и дело злоупотреблял произвольными гипотезами. Предсказательная сила научных теорий, основанных на таком методе, была крайне невелика.

Ньютон полностью отверг дедуктивную методологию Декарта. Изречение Hypotheses non fingo ("гипотез не измышляю") стало его девизом. Здесь, правда, необходимо сделать одну оговорку: латинский глагол fingere, употребленный Ньютоном, имеет оттенок обманного действия. Эта оговорка существенна, поскольку сам Ньютон в своих трудах неоднократно выдвигал различные физические гипотезы. Однако методологическую основу работ Ньютона в целом составил другой подход. "Не должно требовать в природе других причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений", — писал он. Речь шла об открытии наиболее общих закономерностей на основе наблюдений и опытов. С этой задачей Ньютон справился прекрасно.

Какой же была Вселенная, открывавшаяся современникам со страниц "Начал"? Мир, сконструированный Ньютоном, был прост и странен одновременно. Абсолютное пустое пространство, не имеющее границ и подчиняющееся евклидовой геометрии, в котором от дней творения кружатся светила и планеты, подчиняясь закону всемирного тяготения.

Свойства этого абсолютного пространства, напоминающего пустой ящик без стенок, парадоксальны: между заполняющими его телами действуют ньютоновы силы тяготения, которые распространяются прямолинейно, мгновенно и на любые расстояния. Что такое протяженное пространство, если взаимодействия между телами не зависят ни от протяжения, ни от времени?

Время у Ньютона так же абсолютно, как и пространство. Его ход равномерен и синхронен во всех точках пространства и ни от чего не зависит. Часы идут совершенно одинаково во всех уголках бесконечной Вселенной.

С бесконечностью тоже не все в порядке. Ньютон полагал, что звезды в среднем равномерно распределены во Вселенной. Можно, однако, показать, что если в такой Вселенной действует универсальный закон всемирного тяготения, то она неустойчива и со временем должна стянуться либо в точку, либо в бесчисленные сферы. Поскольку этого не происходит, должен существовать какой-то внешний "агент" (термин Ньютона), возвращающий системе устойчивость. Таким "агентом" может служить божественная воля.

И сама сила тяготения, введенная Ньютоном, вызвала много критических замечаний у его современников. В некоторых своих работах Ньютон склонялся к мысли, что причиной гравитации является "нематериальный агент", т. е. бог. Вот что писал по этому поводу Лейбниц: "Ньютон и его последователи имеют забавное мнение о деле божьем. Согласно им, бог имеет нужду время от времени заводить свои часы: иначе они остановятся. Он не сообразил снабдить их вечным двигателем. Эта божья машина к тому же, по их мнению, так несовершенна, что бог вынужден ее время от времени особым актом смазывать и даже исправлять, как часовщик, считающийся тем худшим мастером, чем чаще он прибегает к исправлению часов".

Несмотря на указанные слабости и противоречия, математическая теория Вселенной, созданная Ньютоном, позволила ему блестяще решить ряд практически важных задач: построить теорию движения Луны, рассчитать движение планет и комет, дать объяснение приливов и отливов и т. д. Развивая теорию Ньютона, его последователи в XVIII и XIX вв. обеспечили триумфальное шествие астрономии и механики. Эти успехи были связаны с именами таких первоклассных ученых, как Л. Эйлер, А. Клеро, М. Даламбер, М. Лагранж, П.Лаплас, И. Кант, У. Леверье. Лапласом, в частности, была разработана теория устойчивости движения планет вокруг Солнца, в результате чего отпала необходимость прибегать к услугам какого-либо постороннего "агента", который время от времени подправлял бы их движение и по адресу которого с таким сарказмом высказывался Лейбниц. Все это позволило Лапласу столетие спустя после работ Ньютона на вопрос Наполеона о роли бога в мироздании ответить словами, ставшими крылатыми: "Гражданин первый консул, в этой гипотезе я не нуждался".

Мир Ньютона обладал еще одним недостатком: он был статичен, лишен развития и сохранял свойства, полученные им от бога в первый день творения. Этот недостаток был позднее исправлен Кантом и независимо от него Лапласом, которые выдвинули гипотезу о происхождении Солнечной системы из небулярной туманности.

Несмотря на все эти достижения, были основания оценить космическую концепцию классической механики как в определенном смысле шаг назад по сравнению с воззрениями античной науки. Вот что писал по этому поводу Ф. Энгельс: "На сколько высоко естествознание первой половины XVIII века поднималось над греческой древностью по объему своих познаний и даже по систематизации материала, настолько же оно уступало ей в смысле идейного овладения этим материалом, в смысле общего воззрения на природу" (Энгельс Ф. Диалектика природы. М., Политиздат, 1982, стр. 10).

По отношению к самому Ньютону это широко известное высказывание Энгельса не совсем верно, так как не учитывает его богословских работ, достаточно полный анализ которых был выполнен лишь в последнее время. Именно в этом цикле работ Ньютон пытался дать ответ на вопрос о роли творца во Вселенной, о месте, которое в ней занимает человек, о соотношении макро- и микрокосма.

Ньютон считал теологию неотъемлемой частью системы мироздания. "Рассуждение о боге, — писал он в последнем поучении к "Началам", — на основании совершающихся явлений, конечно, относится к натуральной философии". Истинной религии, по Ньютону, соответствовала истинная натуральная философия — гелиоцентрическая система мира, которая позже была искажена язычниками, а вслед за ними и католической церковью. Христос (по его взглядам, не бог, а лишь "превосходнейшее творение" бога) был послан в мир, чтобы воссоздать утраченное, но не был понят: его последователи, и прежде всего католики ("богохульники", "духовные развратники", совершившие "великое отступничество"), стали поклоняться самому Христу как богу.

Из этих рассуждений Ньютона видно, что в своих богословских трактатах великий физик впал в арианскую ересь. Для члена Тринити-колледжа — колледжа Святой Троицы Кембриджского университета — это, очевидно, было небезопасно, и Ньютон большую часть своих рукописей на богословские темы так и не решился опубликовать при жизни.

Бог ньютоновых "Начал" — Пантократор, осуществляющий абсолютную власть над творением. Истинная религия открывается людям через изучение природы. Инструмент познания Универсума и божественного промысла — наука. Отсюда следовало, что высшим критерием истинности познания является авторитет самого интеллекта, ведущего исследование научными методами.

Вселенная представлялась Ньютону истинным храмом бога. Исследуя природу, человек познает безграничную мудрость творца, а исследуя пророчества, содержащиеся в священном писании, — его всемогущество и намерения относительно человечества и Универсума в целом.

Бог Ньютона остается еще всемогущим Пантократором, но в природе его власть начинается там, где проходят границы нашего незнания природных явлений. Знакомство с содержанием богословских рукописей гениального физика позволяет сделать вывод, что бог Ньютона, по существу, сильно напоминает бога Спинозы, который просто отождествлял его с природой и ставил знак равенства бог = nescio (не знаю).

Очевидно, именно в этом и состояла причина того, что после работ Ньютона началось решительное наступление естествознания на крепости защитников бога, которые одна за другой стали складывать оружие, пока, по выражению Энгельса, "наконец вся бесконечная область природы не оказывается завоеванной знанием и в ней не остается больше места для творца".

Механистическая картина космоса, окончательно принятая наукой, означала секуляризацию естествознания и эпистемологический сдвиг в сторону эмпирических и критических оценок накопленного знания о природе. Из сферы сомнения была исключена только теология. Природой стали называть теперь все, что поддавалось опытному наблюдению или исследованию и математическому моделированию. Очевидно, что между понимаемой так природой и космосом следует поставить знак равенства.

После Ньютона

В XVIII в. были сделаны новые решительные шаги по дальнейшему вытеснению теологии из сферы знаний о космосе. П. Гольбах в своем энциклопедическом труде "Система природы" утверждал, что в мире нет ничего, кроме природы, которая представляет собой бесконечное разнообразие материальных явлений, а человек — ее высшее порождение. Гольбах призывал отказаться от религиозных химер. "Внушите мужество человеку, — писал он, — придайте ему энергию; пусть он осмелится, наконец, любить и уважать себя; пусть он осознает свое достоинство… пусть он улучшает свою судьбу".

Однако материалистические взгляды на природу человека далеко не были преобладающими в XVIII в. Большая часть ученых продолжала считать человека боговдохновенным созданием, а всю остальную природу рассматривала с механистических позиций. Вопрос о принципиальном различии живого и неживого вещества был впервые поставлен Еюффоном в его "Естественной истории". "Природа, кажется мне, вообще больше стремится к жизни, чем к смерти, — писал он. — …Мы можем умножить количество существ живых и прозябающих почти столько, сколько желаем, но не можем увеличить количества камней или других грубых веществ". Представления о принципиальном различии косного и живого вещества позднее развил Ж. Б. Ламарк, который создал первую целостную концепцию эволюции живой природы. Именно Ламарком был введен термин "биология".

Если Еюффон не видел ограничений в размножении живых существ в природе, то Т. Мальтус сформулировал закон падения энергетической эффективности воспроизводства живого вещества. Он показал, что увеличение вложений труда при одновременном изъятии природных ресурсов не дает эквивалентного прироста продукции. Например, для удвоения продукции живого вещества требуется более чем двукратный рост энергозатрат. Этот важный закон убывающей отдачи при развитии живого вещества, установленный Мальтусом еще в XVIII в., столетие спустя был использован Э. Геккелем, когда он начал работать над проблемами экологии. Что касается самого Мальтуса, то следует заметить, что его имя гораздо чаще упоминается в связи с некоторыми другими сформулированными им "законами" весьма реакционного характера, от которых он и сам позже отказался.

Установившаяся в естествознании после работ Ньютона научная парадигма господствовала до начала XX в., последовательно осваивая новые отрасли знания.

XIX в. — век окончательного становления капиталистической системы мирового хозяйства — был ознаменован дальнейшими крупными успехами в построении научной картины мира, в целом остававшейся в прежних рамках классического естествознания. Здесь необходимо упомянуть работу Дарвина "Происхождение видов путем естественного отбора", в которой выдвинута концепция исторического развития живой природы и вскрыты движущие силы эволюционного процесса. Создание эволюционной теории позволило сформулировать своеобразную антитезу второму началу термодинамики, в силу которой происходящие в биосфере процессы направлены в сторону ее саморазвития, усложнения, дифференциации. Произошло еще одно размежевание наук — выделилась биология. XIX век заслуженно называют веком Дарвина.

Лайелем были сформулированы основы эволюционной геологии — учения о медленном и непрерывном изменении земной поверхности под действием геологических факторов.

Говоря об основных особенностях картины мироздания эпохи классического естествознания, нельзя не упомянуть А. Гумбольдта, которого заслуженно называли Аристотелем XIX в. В своей основной работе "Космос" он дал систематическое изложение физического описания мира — энциклопедический свод знаний о космосе середины столетия.

Не стояли на месте и физические науки. Значительный вклад в их развитие был внесен трудами Фарадея, Максвелла, Карно, Джоуля, В. Томсона (лорда Кельвина), Больдмана, Гиббса. Физикам конца XIX в. казалось, что им удалось завершить формирование теории почти полностью, за исключением двух не очень значительных остававшихся пока неясными вопросов — объяснения излучения черного тела в ультрафиолетовой области спектра и теории эфира. В XX в. для снятия первого из этих вопросов потребовалось создать квантовую механику, а второго — теорию относительности, т. е. две новые научные дисциплины, возникновение которых означало новый революционный переворот в естествознании, становление новой научной парадигмы и кардинальное изменение научной картины мира в целом.

Радикальный прогресс был достигнут в философском осмысливании космоса как единого целого, в раскрытии наиболее общих законов, определяющих его эволюцию. В работах Гегеля космос предстал в непрерывном движении и развитии. На основе сформулированных Гегелем законов диалектики, и прежде всего важнейшего из них — закона отрицания отрицания, была предпринята попытка раскрыть внутренние связи мира в его динамике. "Противоречие — вот что на самом деле движет миром", — утверждал Гегель. Материалистическая трактовка законов диалектики дана в работах Маркса и Энгельса. В своей книге "Диалектика природы" Энгельс впервые сформулировал принцип всеобщности развития природы. Используя современную терминологию, этот подход можно назвать концепцией глобального эволюционизма.

XX век

Наступил XX век — век социальных революций, постиндустриального информационного общества, век становления нового мира, устремленного в будущее. Глубокие социальные перемены в обществе шли параллельно с радикальными перестройками всей системы научных и технических знаний, взаимно влияя друг на друга и приводя к ускорению происходящих в мире изменений. Существенно переменились, наполнились новым содержанием и научные представления о космосе во всех трех его основных ипостасях; Вселенная — смысл сущего — человек. В рамках брошюры нет возможности сколько-нибудь подробно проанализировать то богатство новых идей, которые внесло наше время в представления о космосе. Ограничимся поэтому в основном перечнем наиболее крупных концептуальных идей и кратким комментарием к некоторым из них. Вот этот перечень.

1. Концепция К. Э. Циолковского о человечестве как активной творческой силе, которая осваивает и преобразует космическое пространство.

2. Концепция В. И. Вернадского о ноосфере как о принципиально новом состоянии биосферы, основным отличительным признаком которого является выход научной мысли и технической деятельности человечества на такой уровень, когда они начинают оказывать огромное влияние на биогеоценоз.

3. Концепция глобализма и коэволюции ноосферы и окружающей природы.

4. Революция в информатике, возникновение информационного космоса.

5. Принцип дополнительности Н. Бора, определяющий методологию исследования внутренне противоречивых явлений с помощью взаимоисключающих классов понятий.

6. Концепция Вселенной как единой самоорганизующейся эволюционирующей системы, сближение проблем космологии и физики микромира.

7. Концепция И. Р. Пригожина о необратимости процессов в физике, химии, биологии, возникновение синергетики — науки о коллективных эффектах в процессах самоорганизации, возникновение теории катастроф.

8. Концепция множественности миров в онтологическом или субстанциональном смысле, согласно которой множественны не только конкретные физические проявления атрибутивных свойств материи (пространство, время и др.), но и сами типы этих атрибутивных свойств.

9. Революционные успехи в комплексе наук о живом и о человеке (генетика, молекулярная биология, биохимия, биофизика, психология).

10. Квантовая космология и различные варианты интерпретации роли наблюдателя.

11. Антропный принцип, установивший связь крупномасштабных параметров Вселенной, фундаментальных констант микромира и свойств биосферы.

12. Начало промышленного освоения космоса как новой среды производственной деятельности человечества, переход от классической космической триады к квадривиуму: Вселенная — смысл сущего — человек — индустриализация космоса.

Понимая, что этот перечень скорее всего носит дискуссионный характер, автор хотел бы остановиться более подробно на некоторых из затронутых вопросов. Вершиной развития космоса является разумная жизнь. Необходимые для ее возникновения физические и химические условия явились результатом исключительно большого числа весьма удачных совпадений. Даже самые малые изменения фундаментальных физических констант ведут к такому изменению теоретически мыслимых свойств Вселенной, что возникновение в ней жизни становится вообще невозможным (См. Розенталь И. Л. Вселенная и частицы. М., Знание, 1990, № 11). Этот факт послужил основой антропного принципа, сформулированного в трудах А. Дирака, Г. М. Идлиса, Б. Картера, Р. Дике, А. Уилера.

Существуют различные трактовки этого принципа. Согласно одной из них космос, который мы наблюдаем, является результатом преднамеренного плана. Большинство физиков и философов, естественно, не принимают этой креационистской интерпретации антропного принципа, предпочитая его истолкование, например, в качестве правила отбора различных вариантов теории микромира и космогонических моделей. В этой связи интересно отметить, что часть физиков-теоретиков (например, С. Хокинг и Ф. Хойл) полагает, что в конечном счете их коллективные усилия приведут к построению единой теории космоса. В этом случае, очевидно, отпадет и необходимость в антропном принципе. Тут, правда, возникает вопрос: не повторяется ли сегодня в теоретической физике ситуация, которая уже возникала ранее в XVIII в., а затем в конце XIX в., когда физики тоже считали, что физическая теория почти завершена?

Лет 25 назад тот же вопрос ставил советский физик-теоретик А. С. Компанеец. Допустим на минуту, что эту задачу удалось решить. В этом случае перед наукой сразу же возникнет новый, еще более сложный вопрос: не является ли сама эта новая физика продуктом преднамеренного плана ("постантропный" принцип!) и, следовательно, не имеется ли все же у Вселенной конечная цель? Вот как оценил Хокинг ситуацию, которая может сложиться, если эту полную теорию удастся создать: "Тогда мы все, философы, ученые и просто люди, сможем принять участие в обсуждении вопроса, почему же все-таки мы и Вселенная существуем".

Однако прежде чем (и если) сложится такая ситуация, физикам предстоит найти однозначный ответ на ряд весьма сложных фундаментальных вопросов, до сих пор остающихся неясными. К их числу относится проблема интерпретации квантовой космологии. Копенгагенская интерпретация квантовой механики, основанная на принципе дополнительности Бора, согласно которому любую пару некоммунитирующих величин (например, импульс и координата квантового объекта) следует рассматривать как дополнительные, сталкивается с принципиальными трудностями, когда речь идет о Вселенной в целом. Эти трудности настолько значительны, что приходится ставить вопрос о пересмотре классической формулы материалистической философии "материя первична, сознание вторично" и переходе к онтологическому признанию первичности бытия как более общей категории, в которой диалектически объединяются оба класса понятий.

Разрешения этих трудностей ищут на путях многомировой интерпретации или в рамках концепции необратимых процессов, предложенной И. Р. Пригожиным. В основе многомировой интерпретации квантовой космологии, первоначально предложенной Г. Эвереттом около 30 лет назад, лежит предположение, что все макро- и микрообъекты, существующие во Вселенной, подчиняются законам квантовой механики и, следовательно, их поведение полностью описывается волновой функцией и уравнением Шредингера. Это уравнение описывает все физические процессы, включая процесс измерения (в копенгагенской интерпретации описание этого процесса требует введения чисто классического объекта — наблюдателя, что при переходе к Вселенной в целом и вызывает очевидные эпистемологические трудности). Однако при решении уравнения Шредингера возникает ряд слагаемых волновой функции, для которых не существует никаких правил отбора и которые поэтому приходится рассматривать как совершенно равноправные. Это означает, что каждое событие во Вселенной ведет к ее ветвлению на параллельно существующие миры, которые являются совершенно равноправными, не взаимодействуют между собой и образуют многомировую структуру Универсума.

Программа, развиваемая Пригожиным и его школой, пока не завершена. В ее основе лежит теория необратимости времени, в которой вводится новый физический принцип — "микроскопическое" второе начало термодинамики. Все рассмотренные подходы к проблемам квантовой космологии различаются весьма радикально. Выбор между ними еще предстоит сделать.

Человек возвращается в космос

Античное мировоззрение отличалось удивительной целостностью, важное место в системе мироздания отводилось человеку. Средние века сохранили это единство макро- и микрокосма. Научная революция нового времени радикально изменила это положение: космическая общность была потеряна, человек как бы выпал из системы мироздания, перейдя на положение постояльца огромной и почти совершенно пустой космической казармы, какой представлялся космос после работ Ньютона. Определение места человека в мире было отдано на откуп теологии.

Человека вернула в космос только наука XX в. Правда, в философском и мировоззренческом плане эту проблему начали разрабатывать еще в конце XIX в. представители отечественной школы общественной мысли, получившей название "русский космизм") (Н. Ф. Федоров, А. В. Сухово-Кобылин, Вл. С. Соловьев, П. А. Флоренский, К. Э. Циолковский). Основоположник космонавтики Циолковский не только вернул человека в космос, но и разработал первую последовательную научно обоснованную программу освоения человечеством космических пространств.

Постепенно стало ясно, что жизнь человека теснейшим образом связана с процессами, протекающими в космосе. Явления на Солнце оказывают заметное влияние на биосферу. Впервые эти солнечно-земные связи исследовал наш соотечественник A. Л. Чижевский. События, происходившие в прошлые геологические эпохи, например падение на Землю крупных метеоритов, близкое прохождение кометы и т. п., могли иметь катастрофические последствия для биосферы, приводя к массовой ги бели большого числа видов, — в качестве примера чаще всего приводят исчезновение динозавров.

Однако это только часть проблемы. Около 70 лет назад еще один наш великий соотечественник В. И. Вернадский выдвинул концепцию ноосферы, обратив внимание, что техногенная деятельность человечества в настоящее время достигла таких масштабов, что начала оказывать значительное влияние на геологические и биосферные процессы. Отсюда следовал вывод: если человечество желает избежать экологической катастрофы, к которой неизбежно приведут необдуманные и безответственные действия людей, то у него есть только один выход — строго придерживаться в своей природопреобразующей деятельности рекомендаций науки. По существу, речь идет о принципе коэволюции цивилизации и природы.

Нет никаких сомнений, что после выхода человечества в космос и начала промышленного освоения околоземного космического пространства этот подход должен быть полностью распространен и на космическую деятельность человечества. Освоение космоса должно подчиняться принципу космической экологии.

Здесь мы подходим к одному важному парадоксу современной науки: противоречию между принципом множественности обитаемых миров, провозглашенным еще Джордано Бруно, и отсутствием каких-либо наблюдаемых проявлений деятельности внеземных цивилизаций. Н. С. Кардашев предложил классификацию таких цивилизаций, согласно которой они последовательно овладевают энергопотреблением сначала в масштабе энергии, которую планета получает от собственного солнца, затем всей энергии, излучаемой солнцем, и, наконец, всеми звездами галактики. Казалось бы, астроинженерной деятельности столь грандиозных масштабов нельзя не заметить (кто-то не без остроумия заметил, что речь скорее всего пойдет о гигантских помойках космического масштаба). Тем не менее мы не наблюдаем ничего подобного.

Почему? Наиболее естественно выглядит предположение, что развитие цивилизации идет отнюдь не по пути прогрессирующего наращивания энергопотребления вплоть до звездных масштабов, а по интенсивному пути качественных изменений и перестроек, когда самым ценным завоеванием оказывается не уровень потребления энергии, а новая информация.

Это положение подтверждается и ходом современного развития земной цивилизации, которая на наших глазах переходит на информационную стадию эволюции, главным направлением деятельности, для которой становится именно получение, обработка и передача множественных потоков информации. Поскольку в эту деятельность активно включаются также и различные космические системы (связные и метеорологические спутники, орбитальные комплексы для исследования природных ресурсов Земли и охраны окружающей среды), то есть все основания говорить о возникновении информационного космоса.

Наши представления о космосе находятся сегодня в состоянии бурного, можно сказать, революционного развития. Теоретики рассматривают возможность существования параллельных миров, основные свойства которых — число измерений, фундаментальные постоянные, физические законы — могут радикально отличаться or наших. Не исключено, что между этими мирами могут существовать неизвестные связи. Исследуются свойства физического вакуума, который оказался совершенно уникальным физическим объектом: достаточно сказать, что, видимо, из него около 10 млрд. лет назад образовалась наша Вселенная. Специалисты по космологии (И. Д. Новиков, К. Торн) обсуждают принципиальные возможности создания туннелей в пространстве для быстрых межзвездных перелетов и даже Машины Времени. Очень хочется поставить вопрос: а какими могут быть инженерные последствия новых теоретических открытий?

Но вернемся к человеку, к осмысливанию его роли в Универсуме. Вот что пишет по этому поводу один из ведущих советских космологов А. Д. Линде: "Не может ли быть так, что сознание, как и пространство — время, имеет свои собственные степени свободы, без учета которых описание Вселенной будет принципиально неполным?.. Не станет ли следующим важнейшим этапом развитие единого подхода ко всему нашему миру, включал и внутренний мир человека?" На эти вопросы наука пока не дает ответа.

Космос и новая мифология

Там, где молчит наука, начинает работать миф.

— Погодите, — опять останавливает нас читатель, знакомый с современной литературой. — Тут что-то не так. Мифологизированное сознание в наше время прочно ушло в прошлое, уступив место научному мировоззрению. Вот, пожалуйста, подходящая цитата по этому поводу из учебника по философии, который издан у нас в 1990 г.: "С угасанием первобытных форм общественной жизни миф как особая форма общественного сознания изжил себя, сошел с исторической сцены". Что вы на это скажете?

На цитату удобнее всего ответить другой цитатой. Вот она: "Люди чаще, чем думают, живут мифами. Самый рационализм есть один из мифов. Рациональная абстракция легко превращается в миф… На этой основе может возникать "иллюзорное мировоззрение", имеющее характер прагматический, которого не имеет познание истинной реальности". Эти слова принадлежат крупному русскому философу Н. А. Бердяеву.

Кто же прав — Бердяев или редактор современного учебника по философии И. Т. Фролов? Автор полагает, что правда на стороне первого и постарается это доказать на примере современной мифологии на космические темы.

Но сначала несколько слов о том, почему мифотворчество и мифологизированное сознание смогли дожить до наших дней и не только дожить, но даже весьма активно действовать.

Начнем с напоминания, что такое научное мировоззрение. После работ Ньютона принято считать, что единственным источником познания действительности, которым располагает человечество, является интеллектуальная обработка информации, полученной в результате тщательно проведенных наблюдений и экспериментов. Если сам Ньютон допускал еще один независимый источник информации — божественное откровение, явленное в Писании, то современное естествознание все подобные способы познания отвергает в принципе. Эти фундаментальные положения настолько важны, что их можно назвать центральной догмой научного мировоззрения.

Мифологический и научный взгляды на мир диаметрально противоположны: миф, также опираясь на действительность, искажает ее самым произвольным образом и провозглашает принцип — все связано со всем, возможны любые связи между явлениями, наблюдаемыми в мире. Это, однако, не означает, что наука и миф исключают друг друга, поскольку оба подхода органически вписываются в тот общекультурный потенциал, который голландский историк культуры И. Хейзинга назвал "игровым пространством" современной цивилизации.

Современная теория мифа разработана в трудах Фрейзера, Малиновского, Фрейда, Юнга, Леви-Стросса, Леви-Брюля и других. Вера в миф как в реальность отражает глубинные свойства психики человека, которого всегда пугал хаос, неопределенность и который стремился поставить на их место доступную его пониманию подходящую рационализированную схему. Проще всего избавиться от этой пугающей неопределенности, поставив миф между собой и хаосом, каким нередко представляется человеку окружающий мир. Решить ту же задачу с помощью научных методов намного сложнее.

Из сказанного вытекают причины той стойкости, которой обладает мифологизированное сознание. Во-первых, это уже указанные психологические корни мифотворчества. Во-вторых, это предвзятое отношение к науке в массовом сознании, неприятие им строгого научного мировоззрения, получившее довольно широкое распространение. По крайней мере отчасти виновата в этом сама наука: на нашей памяти немало примеров, когда за крупные научные достижения выдавались самые настоящие мифы, которым была придана наукообразная рационализированная форма.

Третий фактор, обеспечивающий стойкость мифологизированного сознания, — это "игровое пространством цивилизации, игра как явление культуры, о чем уже шла речь выше. Естественно возникает вопрос: возможно ли вообще подлинно человеческое сознание без определенной доли произвольности, без творческой игры воображения? Почти очевидный ответ на этот вопрос, увязывающий истоки творческих способностей человека с неизбежной игрой воображения, позволяет глубже осмыслить проявление этого фактора в мифотворческом процессе. Видимо, восхождение к более высоким формам культуры связано с игровыми инстинктами человека, и в этом смысле миф можно рассматривать как своеобразную тренировку интеллектуальных способностей человека.

И наконец, четвертый фактор, который также играл немалую роль во все времена, — это прямая заинтересованность правящих социальных слоев в утверждении вобщественном сознании идеологических схем, опирающихся на миф. Оценивая роль правящих социальных слоев в формировании массового сознания, следует заметить, что в обычных условиях они легко добиваются своих целей, используя для этого находящиеся в их распоряжении средства массовой информации и перекрывая все прочие каналы поступления нежелательных сведений. Не удивительно, что обслуживающие эти слои идеологические схемы в таких условиях с той же легкостью превращаются в социальные мифы, истинное назначение которых состоит в защите окостеневших общественно-политических структур.

Очевидно, что в основе такого взгляда на космос лежит идея, возведенная в абсолютный миф и порождающая утопию. Однако, если такая идея овладевает массовым сознанием, она может привести к результатам, подчас весьма опасным.

Из сформулированных представлений о причинах стойкости идеологизированного и мифологизированного сознания вытекает одно важное следствие: для кризисных периодов развития общества всегда характерны новое мифотворчество, уход в иррациональное, увлечение оккультизмом, мистикой, магией и т. п. Сошлемся на примеры недавнего прошлого. Один из таких примеров — учение о мировом льде Гербигера, поднятое на щит руководителями нацистского рейха. Гербигер построил собственную картину эволюции космоса, основанную на борьбе между льдом и огнем — двумя противостоящими друг другу силами. Эта борьба определяла прошлое и будет определять будущее Земли и человечества. Один из его последователей писал: "Незабываемое достоинство Гербигера в том, что он возродил интуитивное знание наших предков о вечном конфликте огня и льда, воспетое Эддой". Эта полностью противоречащая данным науки доктрина была объявлена "нордической и национал-социалистической Наукой", ее автора в фашистской Германии называли Коперником XX века.

Другой пример — это механистическая концепция космоса, содержащаяся в четвертой главе сталинского "Краткого курса истории ВКП (б)". Именно эта концепция явилась "теоретическим" фундаментом гонений на теорию относительности, генетику, квантовую химию, кибернетику, которые были развернуты в нашей стране.

Не является исключением и наше время. Напротив, наблюдается буквально всплеск космического, околокосмического и антикосмического мифотворчества. Анализируя результаты этой деятельности, можно выделить шесть групп таких мифов: 1) космогонические мифы; 2) эсхатологические мифы; 3) мифы о пришельцах из других миров; 4) мифы космического всеединства; 5) информационные мифы и антимифы о космонавтике; 6) прагматические мифы о космонавтике. Разберем последовательно особенности и характерные примеры мифотворчества на эти темы.

Космогонические мифы

Вот пример новейшего мифотворчества на эту тему: эссе О. Бердника "Падение Люцифера", опубликованное в журнале "Нева". Автор выдвигает гипотезу о былой архитектонике Солнечной системы, в центре которой когда-то, кроме Солнца, по его мнению, находилась еще одна звезда — Люцифер ("светоносный" по-латыни), масса которой в десять раз превосходила солнечную. На месте современного пояса астероидов располагалась Прагея — планета, на которой кипела жизнь. Спутниками Прагой были теперешние Земля, Марс, Венера, Луна. Однако "титаны звездного мира", населявшие Прагею, "не сумели развязать узлов бытия", и и результате произошла катастрофа — коллапс Люцифера, который превратился в черную дыру, "Князя тьмы". Современное человечество — жалкие потомки титанов, погибших при катастрофе.

Красиво? Несомненно. Доказательства? Лингвистические упражнения на темы древних мифов. Отношение к науке? Ровным счетом никакого.

Но появляются и серьезные исследования космогонической проблемы, выполненные в рамках того же мифологического подхода. Сошлемся в качестве примера на очень интересную работу православного теолога протоиерея А. Меня (журнал "Наука и жизнь"). Апеллируя к интуитивному пути познания действительности, Мень утверждает, что "сама наука приводит нас к факту парадоксальной, сверх-рассудочной структуры мира". Иными словами, Мень предпринимает очередную попытку доказать существование Творца и реабилитировать тем самым Космос Библии, опираясь на данные современной науки. Однако в свое время еще Кант доказал несостоятельность подобных аргументов бытия Божия, и его критика никогда не была опровергнута апологетикой.

Вот что писал по этому поводу, например, Н. А. Бердяев, крупный философ и глубоко религиозный человек одновременно: "Нужно решительно признать, что все традиционные доказательства бытия Божия — онтологические, космологические и физико-технические — не только не состоятельны, но и совершенно не нужны, скорее даже вредны… Существование человека, взятого в глубине, а не в поверхности, есть единственное свидетельство существования Бога, так как человек есть отображение образа Бога, хотя часто и искажающее этот свой образ". Возражая Бердяеву, хочется спросить: а что мешает нам высказать прямо противоположное утверждение — Бог есть отображение образа человека, его тень, отброшенная на безбрежные космические пространства и увеличенная до колоссальных размеров?

Эсхатологические мифы

Недавно информационный вестник "Новости" опубликовал сенсационную статью В. Блохина под весьма завлекательным названием: "Апокалипсис — жуткая тайна Библии разгадана?" Триединый бог Библии, сообщает автор, — это кибернетический руководитель программы "Цивилизация". Его цель — "заполнение космоса тонкой духовной материей", которую божественный кибер черпает почему-то на Земле. Но варвары-люди не оправдали доверия кибернетического Создателя, не вняли грозным предупреждениям, прозвучавшим со страниц Откровения Иоанна, и вот теперь близок двенадцатый час и уже назначена дата Армагеддона — 2000 год.

"В черном и безмолвном космическом пространстве, — сообщает в заключение автор, — будут еще долго нестись звуки величественной увертюры большого человеческого сердца, увертюры цивилизации, которая так и не успела стать симфонией".

Очень, конечно, трогательно, и человечество жалко почти до слез. Но каковы доказательства? Переложения туманных образов "Апокалипсиса" на язык современных научных терминов автору совершенно справедливо показалось недостаточно, поэтому он привлек дополнительные "аргументы": сведения о фотографиях привидений в английских замках, о болгарской ясновидице Ванге, о "полетах" на НЛО и т. п. Непредубежденному читателю очевидно: все признаки мифа налицо. Между прочим, тираж издания 300 тысяч экземпляров…

Разумеется, не стоило бы выделять финалистские космические мифы в самостоятельную группу, если бы среди них не было и значительно более серьезных вариантов. Один из таких вариантов основан на факте "молчания неба": поиски каких-либо астроинженерных подтверждений существования в космосе внеземных очагов разумной жизни пока не дали никаких результатов. В этом наблюдательном факте некоторые ученые увидели доказательство нашего одиночества во Вселенной.

К этой концепции в конце своего творческого пути пришел И. С. Шкловский — блестящий астрофизик и один из наиболее авторитетных исследователей проблемы поиска разумной жизни во Вселенной. В своих последних работах он утверждал, что разумная жизнь — это вовсе не высшая форма движения материи и что закономерным финалом всех разумных видов во Вселенной является эволюционный тупик.

Однако подобная аргументация финалистской концепции основана на нескольких нарушениях правил формальной логики. Во-первых, это достаточно очевидная ошибка поспешного обобщения. Во-вторых, ошибка предвосхищения основания: поиск внеземных цивилизаций, по признанию специалистов, находится на начальном этапе. В-третьих, это ошибка подмены тезиса: пытаются доказать неизбежность гибели космических цивилизаций, а доказывают, что пока не удается обнаружить идущих из космоса радиосигналов искусственного происхождения. Вот, пожалуй, убедительный пример того, как, выражаясь словами Н. А. Бердяева, "рациональная абстракция легко превращается в миф".

Мифы о пришельцах из других миров

В настоящее время наиболее распространены две версии таких мифов: 1) инопланетяне посещают нас сегодня на НЛО ("уфология"); 2) такие визиты имели место в прошлом ("палеовизитология").

По поводу НЛО (неопознанных летающих объектов) автор хочет заявить сразу: по всей видимости, существует некий физический феномен, природа и механизм возникновения которого пока не установлены наукой. Возможно, что надо говорить не об одном, а о нескольких неизученных природных феноменах. Большое количество соответствующих фактических сведений можно найти в литературе (см., например, статьи и брошюры Л. М. Гиндилиса, А. С. Кузовкина, В. В. Рубцова).

Были высказаны различные гипотезы о физической природе этого феномена, например, связывающие его с взаимодействием нашего мира с параллельными Вселенными или с необычными электромагнитными полями космического происхождения. Автор не видит возможности обсуждать эти гипотезы ввиду почти полного отсутствия необходимого фактического материала.

Далее поэтому пойдет речь о другом — о связи НЛО с визитами инопланетян на Землю. Скажем сразу: такие визиты, разумеется, возможны, хотя и весьма маловероятны. Вопрос поэтому следует поставить иначе: содержат ли сообщения об НЛО подтверждения о таких визитах, которые имели бы силу научного доказательства? Анализ опубликованных материалов позволяет сделать вывод, что такие доказательства пока отсутствуют, во всяком случае автору о них ничего не известно.

В 1990 г. в Москве была организована выставка, посвященная НЛО, на которой было представлено большое количество фотографий этих объектов и зарисовок, сделанных наблюдателями. Разнида между первыми и вторыми бросается в глаза: изображения НЛО на фотографиях, как правило, размыты и почти лишены деталей; рисунки, напротив, четкие, с различными "техноподобными" деталями. В этой связи вспоминается история "каналов" Марса, которые после великого противостояния 1877 г. и работ Скиапарелли и Лоуэлла "видели" десятки или сотни первоклассных наблюдателей-профессионалов, но которые отсутствовали на фотографиях, переданных на Землю американскими "Викингами". Марсианские каналы оказались всего лишь зрительной иллюзией.

Обращаясь к более отдаленным временам, хочется спросить: разве не видели наши далекие предки на звездном небе не условные схемы созвездий, а самые настоящие изображения Большой и Малой Медведицы, Скорпиона и Рыб? Вспомним: мифы для них были самой настоящей живой реальностью.

Известно, что почти все представители научной общественности проявляют к сообщениям об НЛО и энлонавтах скептическое или отрицательное отношение. А это, в свою очередь, служит питательной средой для того недоверчивого отношения к научному миру и к "официальной науке", которое характерно для массового сознания. Остановимся на этом вопросе более обстоятельно. Сопоставим отношение науки к двум природным явлениям — НЛО и черным дырам, которые являются феноменом нисколько не менее экзотическим. Различие состоит в том, что НЛО наблюдались многократно (по зарубежным сведениям, не менее 10 в 5-й степени раз), а однозначных доказательств существования черных дыр пока нет. Тем не менее большинство ученых считают, что черные дыры существуют в природе, а феномен НЛО не имеет никакого отношения к инопланетянам.

Несмотря на кажущуюся противоречивость положения, никакого парадокса в столь различном отношении к этим двум феноменам нет. Причина состоит в том, что это различие однозначно вытекает из научного мировоззрения. Сходство обоих феноменов — черных дыр и НЛО как космических кораблей — состоит в том, что то и другое в принципе возможно. Различий больше и они важнее. В случае черных дыр существует хорошо разработанная теория, предсказывающая их существование и свойства. В случае НЛО из теории следует, что визиты весьма маловероятны. В случае черных дыр имеются наблюдения, выполненные с помощью самой современной аппаратуры, из которых следует, что вероятность существования феномена не менее 90 %. В случае НЛО научно достоверная информация о визитах инопланетян отсутствует.

Тем более важно еще раз подчеркнуть большое значение сбора объективной информации об аномальных атмосферных явлениях, или НЛО. Только такие данные могут послужить надежной основой для будущего теоретического осмысления этого интересного природного феномена. К чему приводят поспешные попытки строить подобные теории при явном дефиците объективной информации, видно из следующих примеров.

Вот набор типичных "уфологических" гипотез, собранных недавно Г. Давидовичем. Кроме нашего мира, сообщает этот автор, существуют и другие миры, возможно, с 16 и 36 измерениями. Человечество, может быть, живет в нескольких мирах одновременно; физическое тело — в обычном физическом мире, а психика — в духовном мире. Гуманоиды-энлонавты — представители иных цивилизаций, которые существуют в четырех мирах, имеющих 16 измерений. В районе М-ского треугольника (Пермская область), о котором много и охотно пишут наши газеты, контакты с землянами устанавливаются легко, потому что "там меньше всего помех в астральном мире".

"Они" дают нам рекомендации, как следует развивать дальше земную цивилизацию, чтобы избежать подстерегающих ее опасностей. Особенно большими бедами грозит человечеству технократическое развитие. Вместо этого людям следует "овладеть своей психической энергией": заменить телефон телепатией, науку — ясновидением, транспорт — "передвижением собственной энергией".

А вот "философские откровения" (по определению самого автора) на ту же тему А. В. Мартынова — физика по образованию и экстрасенса по роду занятий. Вот что он пишет в своей книжке "Исповедимый путь". НЛО принадлежит к нуменальному (непроявленному) миру, т. е. миру с 5 измерениями. Этот мир "так же реален и оказывает серьезное воздействие на мир явлений". "Удалось обнаружить существование эфирных форм жизни амебного или одноклеточного типа, архитектонического или геометрического типа, энергетического или метафорического типа, а также форм биологического или квазичеловеческого типа в плазменном состоянии".

Не пытайтесь, понять, что означает этот набор наукообразных терминов, из которых особенно прелестен последний (плазменный квазичеловек!), — наш автор нигде в своей книге этого не разъясняет. Думается, критически мыслящие читатели не нуждаются в каких-либо комментариях к подобным "теориям": совершенно ясно, что все это стопроцентная мифология. Более интересен поэтому другой вопрос — где лежат истоки подобных теоретических построений на тему НЛО?

Ближайших родственников обнаружить нетрудно. Вот, к примеру, книжка Г. Дюрвиля "Призрак живых", опубликованная в начале века и недавно переизданная в Москве. Автор рассказывает про эфирные и астральные тела пришельцев из потустороннего мира, приводит фотографии привидений (очень, кстати, похожие на изображения "гуманоидов"), говорит об измерении их температуры, о контактах с ними и т. п. С точностью до терминологии, которая в обоих случаях, естественно, несколько различается, идейная близость, более того, почти полное тождество с современными уфологическими "теориями", налицо.

Остается сделать еще один небольшой шаг — и истоки этих "теорий" будут совершенно очевидны. Этот шаг ведет к древним восточным религиозно-мистическим учениям. Приведем примеры. Первый — Бхагават-Гита, индуистское учение Кришны в изложении Б. С. Прабхупады. Здесь также говорится о бесчисленных параллельных вселенных, возникающих при дыхании Кришны, о существах, которые их населяют, и т. д.

Другой пример — мировоззрение иудаизма, с которым можно познакомиться по книге "Роза о 13 лепестках", которую написал иерусалимский раввин А. Штайн-Зальц и которая издана недавно в Москве. Вот что сообщает ученый раввин: "Физический мир, в котором мы живем и который воспринимает наши органы чувств, всего лишь часть невообразимо огромной системы миров. Большинство из них духовны по своей природе; они совершенно иные, нежели известный нам мир… они существуют в других измерениях бытия. В других мирах также действуют существа, наделенные самосознанием, например ангелы. Ангел — это перевод ивритского слова "малах", что означает "посланник". Иногда они принимают образ, в котором становятся доступными зрению людей, — в форме видений, призраков, огненных столпов и т. п.".

Теперь можно поставить последнюю точку: рассмотренные выше уфологические "теории" попросту заимствованы из старинных мистических и религиозных учений, в основе которых лежит миф. В познавательном смысле они, очевидно, полностью противоположны научному мировоззрению,

Казалось бы, ситуация предельно ясна и не оставляет никаких шансов для околонаучных манипуляций. К сожалению, это не так. "Не исключено, что в США ведутся работы по расшифровке технологии и конструкции АЛО", — сообщается в информационном бюллетене "Комсомольской правды". (АЛО — астролетающий объект, то же, что НЛО. — Авт.) Далее в этой статье высказывается и обида на науку, которая отвергает подобные сообщения как абсурдные.

Несколько лет назад автору данных строк довелось держать в руках документ, в котором этот разговор об АЛО имел вполне практическое продолжение. Занимаясь алологией, утверждалось в документе, американцы создают грозное оружие. Поскольку наша страна не должна допускать отставания в этом деле государственной важности, говорилось там далее, следует немедленно создать у нас специальную алологическую лабораторию, оснастить ее современным оборудованием и построить для будущих сотрудников в Москве жилой дом. Последнее было особенно прелестно.

Предания о пришельцах

Перейдем ко второму варианту мифов о пришельцах из космоса — палеовизитологии. В этой области также имеются серьезные исследования, выполненные на основе научной методологии (И. С. Лисевич, В. В. Рубцов, В. И. Авинский). Однако решающих доказательств того, что представители других цивилизаций в прошлые исторические эпохи посещали нашу планету, также нет. А вот попыток трактовать в плане подобных доказательств старинные мифы и предания более чем достаточно.

Отличительная особенность мифа — размытый характер, неопределенность его информационного поля. Именно эту особенность используют авторы всех гипотез о палеовизите. Настораживает уже тот факт, что практически все такие "события" относятся к той исторической эпохе, когда мифотворчество служило основой восприятия реальности, включая космос.

Выберем для критического разбора гипотезу о палеовизите, которая сконструирована специально для этой цели автором данной работы. Рассмотрим рассказ о пребывании Одиссея у царя феаков Алкиноя на острове Схерия ("Одиссея", песни 6, 7, 8). Гомер описывает технические изобретения, которыми владеют феаки: человекоподобные автоматы, освещающие царский дворец; стерегущие его искусственные не знающие сна собаки; станки, с помощью которых вырабатывают особо плотные ткани; фитотроны с искусственным климатом, приносящие плоды круглый год; и самое, пожалуй, удивительное — быстроходные корабли, снабженные автопилотом, программным управлением от биотоков мозга и защищенные от бурь (терминология, разумеется, современная). Обращает на себя внимание также тот факт, что ни в какой другой части знаменитой поэмы не содержится такого набора совершенно удивительных техницизмов. Все эти дары феаки получили от "небожителей", которые в былые времена появлялись в гостях у феаков. Остается поставить знак равенства между этими небожителями и космическими пришельцами — и "гипотеза" готова.

И притом "гипотеза" эта отличается от многих других, построенных по той же схеме, в лучшую сторону: ее можно проверить, проводя археологические раскопки на острове Схерия (предполагают, что это современная Керкира в Ионическом архипелаге). Но до тех пор пока археологи не скажут своего слова, эта гипотеза будет оставаться не более доказательной и верифицированной, чем другие подобные ей версии палеоконтакта. В этом состоит своеобразный "принцип Шлимана": единственный способ перейти от мифа к научному факту состоит в опоре на научные методы, в данном случае на археологию.

Между прочим, на примере Шлимана, который, как считается, раскопал Трою, хорошо видна разница между мифом и научной гипотезой. Если отбросить неизбежный в этом случае пиетет, то в основе "Илиады" лежит, в сущности, несложный событийный ряд: большое количество крайне вспыльчивых, но не очень рассуди тельных мужчин дали втянуть себя в пустячную ссору трех высокопоставленных женщин, в результате чего началась многолетняя кровопролитная война, которая закончилась тем, что была захвачена и сожжена Троя. Именно эту завершающую часть мифа Шлиман положил, в основу своей гипотезы, которую и подтвердил, произведя раскопки приблизительно на том месте, где, по предположениям, была Троя. Фактически Шлиман обнаружил на холме Гиссарлык остатки последовательно существовавших поселений, часть которых погибла при пожарах. Шлиман раскопал их, и в результате возник новый миф: он доказал, что в основе "Илиады" лежат подлинные события.

Мифы космического всеединства

Идея космического всеединства — глубоких внутренних связей, объединяющих всех людей Земли, ее природный мир и даже Универсум в целом, — далеко не нова. Ее разрабатывали представители "русского космизма". Взаимные связи цивилизации и окружающей среды исследовались В. И. Вернадским. Почти в наши дни идеи суперэкуменистического и космического всеединства развивал оригинальный и глубокий мыслитель Даниил Андреев — сын русского писателя Леонида Андреева, создавший в сталинских застенках весьма необычное произведение "Роза мира" — философский, религиозно-этический, художественный и метаисторический трактат.

В чисто естественнонаучном плане существование многочисленных связей между процессами в биосфере и космическими явлениями признано современной наукой. Пионером изучения этих связей был А. Л. Чижевский; в наше время их активно исследует В. П. Казначеев. Л. Н. Гумилев объясняет космическими воздействиями пассионарность — взрывы активности этносов.

Но наряду с научным подходом к изучению этих проблем еще с доисторических времен существует и другой подход к ним, основанный на мифологизированном восприятии космоса. Классическим примером в этом отношении служит астрология, а также магия, в основе которой лежит воздействие на природные явления и на человека с использованием якобы существующего органического единства макро- и микрокосма, Вселенной и человека.

Вот что говорится об астрологии в последнем издании Советского энциклопедического словаря: это "учение о якобы существующей связи между расположением небесных светил и историческими событиями, судьбами людей и народов… продолжает процветать в ряде капиталистических стран, где пользуются услугами астрологов для "предсказания" будущего". Сказано совершенно справедливо: в основе астрологии действительно лежит отрицание современных научных методов естествознания, которые якобы бессильны в области подобных "паранормальных" явлений.

Ошибочно в этих словах только одно — оговорка о некоторых капиталистических странах. Возьмем газету "Досуг в Москве" за 5 мая 1990 г. В ней опубликовано два объявления. Первое: в Политехническом музее состоится лекция "Астрология — синтез науки и искусства", лектор — астролог Ф. К. Величко. Второе: клуб "Ариадна" организует курс лекций по астрологии для начинающих. Летом 1990 г. Ассоциация социального творчества учредила в Москве союз астрологов, который объединил астрологов-профессионалов и любителей. Такие же союзы действуют в Ленинграде и Киеве.

Среди части населения в нашей стране получили распространение взгляды, согласно которым существуют космические биополя, включающие в себя психическую энергию умерших праведников. "Подключение" к этим биополям с помощью приемов типа йоги якобы оказывает целительное и оздоровляющее действие. Близкие методы применяют современные врачеватели вроде А. Чумака, который, "заряжая" воду, кремы и почему-то газеты, использует приемы, отличающиеся от техники древних магов только тем, что в их распоряжении не было телевидения. На страницах советских газет можно сегодня прочитать взятые на полном серьезе интервью у колдунов и ведьм. По Московскому телевидению выступает экстрасенс В. А. Авдеев и рассказывает, что готов обучить желающих перевести свое тело в лучистую форму, чтобы переселиться на другие небесные тела и обнести бессмертие. По временам хочется спросить, а и каком, собственно, веке мы живем?

Разумеется, подобные "паранаучные" концепции, безусловно, должны быть отвергнуты как полностью лженаучные. Другой вопрос, что, видимо, действительно существуют достаточно редкие психические явления, которые следует изучать обычными экспериментальными методами, как это и делают современные исследователи (Дубров, Пушкин, Налимов, Гуляев, Годик, Казначеев, Бонгард и др.). В результате этих исследований могут возникнуть новые научные направления комплексного характера (например, трансперсональная психология).

Информационные мифы и антимифы

Вспоминается, с каким восторгом встречали все советские люди, да и весь мир запуск первого спутника, первый полет человека в космос. И тем более огорчительно, что в наши дни отношение к космонавтике сменилось чуть ли не на противоположное: пресса, телевидение, народные депутаты выступают с критическими заявлениями о многомиллиардных затратах на космические исследования, об их неэффективности, об ущербе, сравнимом с действиями пресловутого Минводхоза. "Комсомольская правда" опубликовала письмо встревоженной читательницы, которая спрашивает, правда ли, что сахар исчез потому, что из него теперь делают топливо для космических ракет, так как в стране не хватает нефти.

Нет сомнений, что одна из основных причин такого изменения отношения к космонавтике состоит в том мифотворчестве, которое уже много лет окружает наши космические исследования. При этом, если вначале преобладали мифы сверхоптимистической окраски, утверждавшие колоссальные успехи советской космонавтики и почти полное отсутствие каких-либо сбоев и неудач, то ближе к нашим дням получили распространение антимифы противоположной тональности — о низкой эффективности советских космических исследований.

Начало космическому мифотворчеству положил Н. С. Хрущев, который намеревался к 1980 г. "в основном построить" коммунизм в нашей стране и в шесть раз превзойти к этому году уровень промышленного производства США. Он объявил, что этот процесс будет происходить постепенно и что по ракетам, например, мы их уже обогнали. С его легкой руки вошел в практику обычай к каждой знаменательной дате во что бы то ни стало одерживать новые космические победы. Эта практика позволяла руководителям ракетно-космической промышленности в течение многих лет лично докладывать товарищу Леониду Ильичу Брежневу об очередном успехе.

Между тем реальное положение дел в космонавтике постепенно менялось не в пользу нашей страны. Американские ученые и инженеры, получив от правительства колоссальные средства, одержали ряд важных побед: высадка человека на Луну, создание глобальной космической системы связи, полеты автоматических космических аппаратов к Марсу, Юпитеру и другим планетам. Начали активно разворачиваться космические исследования в Западной Европе, в Японии, в других странах.

Советская космонавтика по временам начала давать сбои — в глазах всего мира это стало очевидным после того, как в 1974 г. волевым решением тогдашнего руководства страны на стадии завершающих испытаний были прекращены работы по тяжелой ракете Н-1 (См. Мишин В. П. Почему мы не слетали на Луну? — М., Знание, 1990, № 12). Характерно, что о работе над этой ракетой и о нескольких неудачах при ее испытаниях знал весь мир. Прекрасно знали об этом и советские люди — об этом свидетельствует народный фольклор тех лет. И только советская пресса, таясь неизвестно от кого, стыдливо делала вид, что ничего такого не происходит. Первые публикации обо всей этой печальной истории появились в наших газетах только в 1989 г. — к пятнадцатилетнему "юбилею" необоснованного решения, принятого келейно и в тайне от собственных налогоплательщиков.

К сожалению, привычка лгать все больше входила в систему. В 1965 г. советские космонавты Беляев и Леонов после не вполне удачной посадки две ночи провели у костра в заснеженной пермской тайге. А пресса писала, что они спокойно отдыхают на обкомовской даче.

Иногда этот поток псевдободряческой неправды вызывал парадоксальную реакцию. В начале 60-х годов на студии "Беларусьфильм" был снят фильм "Перекличка", в котором подвиг безвестного героя времен Отечественной войны противопоставлялся "благополучной" жизни современного космонавта. Нет, работа космонавтов в реальности всегда была тяжела и опасна и требовала максимального напряжения всех сил. А вот устоявшаяся практика умолчания о неудачах, которые неизбежны в любом большом деле, отводила советской общественности одну-единственную роль — роль восторженных слушателей сообщений ТАСС об очередных успехах советской космонавтики. Вероятно, некоторым руководителям это было удобно, поскольку ослабляло напор возможных критических замечаний в их адрес.

Но вероятно, была и другая, более весомая причина создания мифов о советской космонавтике: тогдашнее руководство страны сочло целесообразным включить ее в систему доказательств псевдопреимуществ государственно-монополистического социализма. Плата за это решение была тяжелой: сложилась обстановка, облегчавшая принятие плохо продуманных решений типа прекращения работ по Н-1, размещения в Европе ракет СС-20, небрежной подготовки аппаратуры на КА "Фобос" и др. Эти решения обошлись стране в многомиллиардные непроизводительные расходы, а престиж космонавтики в глазах советской общественности был подорван.

Отсутствие правдивости в освещении реального положения дел о космических исследованиях привело к тяжелым нравственным потерям для страны. В этой связи хочется вспомнить слова двух великих русских писателей. Салтыков-Щедрин: "Система самовосхваления может быть причиною сновидений, бесспорно весьма приятных, но вместе с тем и крайне обидного пробуждения". Лев Толстой: "Мало того, чтобы прямо не лгать, надо стараться не лгать отрицательно умалчивая".

Советская история хранит примеры другого отношения к критическим ситуациям и неудачам. Достаточно вспомнить эпопею "Челюскина", снятие с льдины папанинского лагеря. Да, там были неудачи, но одновременно и пример того, как при правильной постановке дела даже неудача может работать в нужную сторону, помогая сплотить людей для предотвращения катастрофы. Жаль, что советское руководство на многие годы сочло для себя более предпочтительным решать подобные проблемы в космонавтике в глубокой тайне от собственного народа.

Густая пелена секретности, почти целиком скрывавшая до недавнего времени реальный ход дел в советской космонавтике, также способствовала мифотворчеству и находила отражение в анекдотах, которые служили едва ли не единственным средством выражения народного мнения в те годы. Вспоминается один из капустников, когда возвратившегося из полета советского космонавта иностранные журналисты якобы спрашивают, какое у него на борту было варенье — малиновое или клубничное. Космонавт в нерешительности советуется с молчаливыми консультантами и бодро отвечает: "Отличное было варенье".

Не приходится удивляться, что подобное мифотворчество привело, в конечном счете, к возникновению антимифа — стойкого убеждения значительной части населения в неэффективности советской космонавтики. Этот антимиф проще всего опровергнуть, приведя несколько цифр.

В 1989 г. на научные и народнохозяйственные космические исследования в Советском Союзе было израсходовано 1,7 млрд. руб. — около 0,3 % от национального дохода страны. В США на те же цели было выделено 3 млрд. долл., или 0,2 % от национального дохода (здесь не учтены собственные расходы американских аэрокосмических компаний). Для сравнения: печальной славы Минводхоз расходовал в год 12 млрд. руб.

А вот еще одна цифра: отечественные народнохозяйственные исследования в космосе в 1988 г. принесли 2 млрд. руб., т, е. больше, чем расходуется на весь мирный космос, включая бесприбыльные чисто научные исследования типа проекта "Фобос" и пока еще не окупающую себя станцию "Мир". Прибыль обеспечивают главным образом спутниковые системы связи, метеорологические системы, исследования природных ресурсов Земли из космоса.

Сказанное, разумеется, не означает, что советская космонавтика лишена недостатков и ее практические возможности используются и должной полнотой. Действительное положение здесь иное: в этой области существует еще много неиспользованных возможностей и имеются значительные резервы дальнейшего роста народнохозяйственной эффективности космических исследований.

Два слова о расходах на космические исследования в целом, включая также и оборонные задачи. Соответствующие затраты не так велики, как часто думают: в 1989 г. в СССР они составили 6,9 млрд. руб., а в США — 29,6 млрд. долл. Из этих цифр, между прочим, сразу видно, насколько не основательны надежды существенно поправить бедственное положение отечественной экономики путем переключения на ее нужды части производственных мощностей ракетно-космического комплекса — даже при большой глубине конверсии речь может идти максимум об 1–2 млрд. руб. К тому же нельзя забывать: приоритет оборонных задач был и пока остается одним из важнейших направлений нашей политики.

Космонавтика в состоянии дать народному хозяйству в первую очередь другое: передовую технологию, новые материалы, приборы и оборудование, разработанные в интересах космической техники и способствующие переводу многих отраслей промышленности на качественно новый уровень.

Прагматический миф

Мифотворчество на эту тему в области исследования и освоения космоса, пожалуй, наименее заметно, но одновременно в некоторых отношениях по своим последствиям и наиболее опасно, тем более что оно служит как бы своеобразным фоном для всех прочих современных околокосмических мифов. В последнее время довольно широкое распространение получил взгляд на космос как на своеобразную "мастерскую природы", иными словами, на неисчерпаемый источник ресурсов и энергии в интересах земной цивилизации.

Этот взгляд нашел отражение даже в терминологии; вместо слова "космос" мы все чаще стали теперь пользоваться другим термином — "космическое пространство" (space на международном английском). Между тем еще Кант писал: "В чем сущность жизни? Это нравственный закон внутри нас и звезды над нами". Вот об этом органическом единстве нравственности и Космоса, т. е. системы миропорядка, мы понемногу начали забывать.

Такой взгляд на космос получает свое практическое выражение. На околоземных орбитах находится не менее 5000 фрагментов космических аппаратов размером более 5 см. Это уже сейчас создает немалую опасность для функционирования космической техники. Космонавт А. А. Серебров рассказывал, как во время выхода в открытый космос буквально в полуметре от его головы пролетел такой фрагмент.

Если масса космического мусора, находящегося на околоземных орбитах, возрастет всего в 2–3 раза, то возникнет неконтролируемая цепная реакция разрушения выводимых в космос новых космических аппаратов и соответственно вырастет число осколков. Авторы некоторых проектов освоения космоса идут дальше. Опубликованы, например, предложения вести горные разработки на Луне с помощью ядерных взрывов.

Определенную опасность могут вызывать запуски космических аппаратов, в особенности с такими двигательными установками, как твердотопливные ускорители американской транспортной космической системы "Спейс Шаттл", которые загрязняют атмосферу вредными продуктами сгорания. По мере увеличения частоты полетов эта опасность будет нарастать.

Совершенно иной подход к этим проблемам был развит в трудах классиков отечественной науки К. Э. Циолковского и В. И. Вернадского. Циолковский разработал первую целостную программу индустриализации космоса, указал ее цели, рассмотрел мировоззренческие аспекты проблемы "космос и общество". Вернадскому принадлежит основополагающий принцип экологически сбалансированной коэволюции общества и природы, включая освоение космоса. Нарушение этого принципа, бездумная эксплуатация космоса, по мнению Вернадского, самоубийственны для цивилизации.

Примат глобальных, общечеловеческих интересов, которые должны в наибольшей степени определять направление и содержание процессов эволюции цивилизации, — важнейшая особенность, которая определяет подход Вернадского к рассматриваемым вопросам. Эти гуманистические идеи приобретают особенно важное значение в нашу эпоху, когда кризисные явления в развитии общества и его техногенной деятельности достигли особенно крупных масштабов.

Вопреки этому в нашей стране в течение 70 лет господствовало прямо противоположное отношение к этим проблемам. Вот что говорится в написанной Сталиным главе "О диалектическом и историческом материализме" из "Краткого курса истории ВКП (б)": "Изменения и развитие общества происходят несравненно быстрее, чем изменения и развитие географической среды". И далее: "Для сколько-нибудь серьезных изменений географической среды требуются миллионы лет".

Руководствуясь этими идеологическими установками, страна взяла на вооружение лозунг: "Мы не можем ждать милостей от природы, взять их у нее — наша задача". К каким экологическим бедствиям массового характера привел такой подход, известно слишком хорошо.

Вот только один конкретный пример из числа самых последних, и весьма характерный, — канал Дон-2. Первоначально этот канал был запланирован Минводхозом в общей грандиозной системе переброски на юг вод северных рек. Общественность, наученная горьким опытом Арала и Кара-Богаз-Гола, погубленных тем же Минводхозом, сумела остановить этот проект.

Ученые доказали: вред от канала превысит пользу. Экспертная комиссия Госплана СССР рекомендовала прекратить строительство. В Волгограде состоялся общественный суд над каналом, вынесший обвинительный приговор. Сам Минводхоз превратился сначала в Минводстрой, а затем в некий концерн, правда, с прежним руководством во главе.

И что же в итоге? Ничего ровным счетом: стройка идет полным ходом. Ведомство оказалось сильнее всех сильнее ученых, сильнее общественности, сильнее правительства в лице Госплана.

Истоки этой "прагматической" концепции освоения и перестройки природы лежат, очевидно, в тех идеологических ошибках, которые характерны для развития советского общества в период после Октябрьской революции. Об этом псевдореволюционном и псевдомарксистском волюнтаризме хорошо сказал Н. А. Бердяев, отметив, что для него "мир пластичен, и из него, как из воска, можно лепить какие угодно фигуры". Именно из такого подхода и вырастал пресловутый сталинский лозунг об отношении к природе. "Мифы гораздо динамичнее реальности, — писал в той же работе Бердяев, — и так всегда было в истории. Абстрактные мысли, принимающие, форму мифов, могут перевернуть историю, радикально изменить общество". Добавим: не только общество, но и окружающую среду,

Миф, наука и человек

Прослеживая пути формирования духовного единства человечества, крупный западный философ К. Ясперс отмечал, что с этим связана "осевая эпоха" мирового исторического процесса — эпоха возникновения мировых религий и философии. Эта эпоха оказала глубокое влияние на весь последующий ход мировой истории. Именно тогда впервые была осознана основополагающая для проблемы "человек и космос" идея: человек должен ощущать себя органической частью саморазвивающегося космоса, попытки противопоставить себя космосу, встать над ним равнозначны суициду цивилизации. Из них, между прочим, следует и самоотрицание; если человек "выше" природы, космоса, то он "выше" и других людей. Нравственный закон внутри нас и звезды над нами — только следуя этому кантовскому принципу, человек обретает будущее в космическом понимании.

Такой взгляд на место человека в саморазвивающемся космосе позволяет глубже осмыслить роль мифа а культуре. В становлении и эволюции "игрового пространства" цивилизации миф выполняет существенные функции. Мифотворчество — одна из ступеней восхождения к высшим уровням познания окружающей действительности и космоса в целом.

Заложенные в мифах идеи нередко использовались учеными для создания передовых научных теорий. Классический пример — создание теории множеств Георгом Кантором, толчком к которому послужили размышления над парадоксальным содержанием догмата о триединстве бога. Современная космология и теория элементарных частиц неоднократно обращались к идейному богатству древних восточных религиозно-философских учений.

Мифология — естественная часть мировых религий, моральный и этический потенциал которых всегда играл и, видимо, будет играть важную роль в самодвижениицивилизации.

Перечисленные причины позволяют утверждать: мифотворчество и научное мировоззрение, будучи противоположными полюсами познания действительности, в то же время не исключают друг друга, а, напротив, могут находиться в состоянии своеобразного "мирного сосуществования". Миф нередко первым "осваивает" познавательные территории, по которым наука в силу тех или иных причин не может дать ясного заключения. Такие примеры есть в области психологии, есть они и в космонавтике.

Однако это верно только до определенного предела. Этот предел определяется превращением мифа в политизированную идеологему, включением его в идеологическую систему, обслуживающую социальную надстройку. Такая мифологизированная идеология становится антагонистической, непримиримой противоположностью научного мировоззрения. Как это происходит в случае космонавтики, мы разобрали выше на конкретных примерах.

Сторонники идеологизированного мифа обычно хорошо понимают это. Поэтому в наше время такой миф, как правило, облекается в наукообразную форму и его провозглашают истиной в последней инстанции, а все прочие взгляды — соответственно ошибочными и вредными заблуждениями. Подобным примерам в современной истории несть числа. Некоторые из них, относящиеся к космосу и космонавтике, также были рассмотрены.

И еще одна любопытная особенность мифологизированной идеологии — это резко враждебное отношение к другим мифам. Вспомним хотя бы ожесточенные нападки, которым во времена застоя подвергались, в общем-то, совершенно безобидные сообщения о летающих тарелках, большую часть которых, как уже отмечалось, следует отнести к области мифотворчества. Вероятно, это происходило потому, что идеология усматривала для себя какую-то опасность в параллельном мифотворчестве; впрочем, предоставим читателям возможность самостоятельно поразмыслить над этой странной особенностью.

Какова прогнозная и конструктивная сила мифа? Мировоззренческая революция XVII–XVIII вв. заложила основы современной научной методологии, которая является весьма эффективным инструментом адаптационной и преобразующей деятельности цивилизации. За несколько тысяч лет своего существования мифология не смогла создать ничего, хотя бы отчасти сопоставимого по действенности с этим инструментом. Если оставить в стороне идеологические мифологемы, то в наше время мифотворчество продолжает наиболее активно действовать в направлениях, по которым из-за недостатка объективной информации наука еще не дала достаточно определенных оценок, — это в первую очередь парапсихология, астрология, уфология.

Не лучше обстоит дело с прогнозной силой мифа. Широко известны, например, предсказания средневекового астролога Нострадамуса, которые довольно удачно "накладывались" на некоторые события времен наполеоновских войн — размытый характер его пророчеств позволял это делать.

Массовая астрологическая "наука" доступна человеку, не имеющему особой подготовки, ориентирована на его житейские нужды, дает ему иллюзию активного вмешательства в жизнь, ее адепты эксплуатируют роль страдальцев за правду — все это поднимает престиж астрологии в глазах населения. Вот сообщения американских исследователей: треть жителей США верит в астрологию. Пропагандистская волна, поднятая сейчас также и в нашей стране вокруг "проблем" астрологии, отнюдь не безвредна — она способствует распространению среди населения невежества и мистики.

Для ученых совершенно ясно: астрология — это стопроцентное шарлатанство.

Вслушайтесь в предсказания астрологов, которые звучат сегодня со страниц нашей прессы, по телевидению, — вам не удастся узнать ничего нового по сравнению с тем, о чем пишут газеты. А поскольку газеты ошибаются не всегда, то и "прогнозы" астрологов также могут в некоторых случаях сбываться, что придает им очевидную убедительность в глазах доверчивых людей.

В целом, подводя итоги сопоставлению науки и мифотворчества, необходимо еще раз подчеркнуть: в ярком свете объективного научного знания все эти идеологизированные, прагматические и прочие судьбоносные мифы легко обнаруживают свое антинаучное, фальшивое содержание и быстро увядают.

Взгляд в будущее: космический миллениум?

Заглянуть в собственное будущее человечеству хотелось во все времена. Из трех вечных вопросов: кто мы? откуда мы пришли? куда идем? — самым важным всегда представлялся последний.

Попробуем подойти к ответу на этот вопрос, исходя из концепции ноосферы, которая была предложена В. И. Вернадским и о которой уже шла речь выше. Ноосфера — сфера разума — возникает как высшая стадия развития биосферы в процессе ее эволюции. Первая отличительная особенность этой стадии состоит в том, что научная и производственная деятельность цивилизации превратилась в крупнейшую силу планетарного масштаба, оказывающую радикальное воздействие на биологические и геологические процессы в окружающей среде. Вторая особенность — постепенное осознание людьми примата глобальных, общечеловеческих ценностей, необходимость консенсуса для сохранения и дальнейшего развития цивилизации на планете в условиях экологически сбалансированного равновесия с природой.

В наше время стало уместно говорить о выходе человечества в космос как о третьей особенности эволюции ноосферы. Если раньше производственная деятельность цивилизации развивалась в трех средах — на земле, в Мировом океане, в атмосфере, — то теперь процесс индустриализации охватывает четвертую производственную среду — космос.

Будучи органической частью биосферы, ноосфера существует в условиях постоянного динамического обмена информацией, веществом и энергией с окружающей средой. Процесс поддержания соответствующего устойчивого состояния называется гомеостазисом. В результате этого процесса биосфера все время стремится приспособиться к этой среде и одновременно медленно изменяет ее; наиболее яркий пример — возникновение современной атмосферы нашей планеты, которая насыщена кислородом биогенного происхождения. Биологические виды, которым не удается приспособиться к изменившимся условиям существования, исчезают. Биосфера в целом использует видовое обновление собственного состава в качестве одного из эффективных механизмов адаптации.

Ноосфера лишена такой возможности, поскольку опирается на единственный биологический вид Homo sapiens. Поэтому в ее распоряжении остаются другие приспособительные механизмы — активная перестройка окружающей среды либо поиск новых экологических ниш.

Относительно опасности чрезмерного увлечения перестройкой природы уже шла речь в связи с разговором о прагматической мифологии. Остановимся поэтому подробнее на второй возможности — поиске новых экологических ниш. Цивилизация решает эту задачу, опираясь на совокупность новых технологических процессов, изобретение которых позволяет ей преодолеть очередную кризисную ситуацию.

Вот наглядный исторический пример. В конце средних веков Европа оказалась перед угрозой серьезного кризиса: традиционные торговые пути на Восток были прочно перекрыты агрессивной Османской империей, значительная часть лесов была уничтожена, началась эрозия почв. Могло бы помочь завоевание новых территорий (девиз Drang nach Osten прозвучал уже тогда), но крестоносцы были разбиты и на Ближнем Востоке, и в Прибалтике. Молодые пассионарные народы Европы (если пользоваться терминологией Л. Н. Гумилева) нашли выход: был открыт новый неосвоенный материк — Америка и почти одновременно было показано, что в качестве топлива вместо дерева годится ископаемый уголь, а в качестве конструкционного материала — железо.

Нечто подобное произошло в наше время на фоне энергетического кризиса 70-х годов. Этот кризис подтолкнул развитые страны Запада к переходу на новую стадию эволюции — стадию информационного общества. В результате отрасли промышленности, обслуживающие информатику, заняли главенствующую роль в народном хозяйстве.

Обращаясь к тем, кому предстоит двигаться к вершинам новых свершений в XXI в., можно составить перечень научных проблем, которые поставил век уходящий, но решать которые предстоит веку наступающему. Вот этот перечень, скорее всего неполный и дискуссионный:

1. Создание нелинейной модели Вселенной.

2. Разработка теории физического вакуума.

3. Исследование систем с детерминированным хаосом.

4. Разработка единой теории взаимодействий и на ее основе общей теории космоса.

5. Машина Пространства и Машина Времени для сверхбыстрых перемещений в космосе.

6. Новое понимание проблем времени.

7. Нетрадиционные источники энергии.

8. Сближение биологии и электроники.

9. Создание самоорганизующихся систем и искусственного интеллекта.

10. Разработка принципиально новых концепций живого вещества.

11. Теория метасознания (трансперсональная психология, космическое сознание).

12. Снятие контрадикторского отношения между материализмом и идеализмом, признание бытия как первоосновы сущего.

13. Решение проблемы внеземного разума.

14. Создание общей теории интенсивной эволюции цивилизации.

Последний пункт имеет непосредственное отношение к составлению сценария будущей судьбы человечества, Остановимся на "том ключевом для цивилизации вопросе более подробно. В философии истории XIX в. идея естественной гибели человечества звучала совершенно отчетливо. О неизбежности нисходящей "ветви развития человеческой цивилизации говорил Ш. Фурье. О "железной необходимости", с которой в свое время сойдет в могилу человечество, писал Ф. Энгельс. Позднее о конце мира писали К. Фламмарион и Дж. Джинс. Немало публикаций, посвященных изложению того или иного варианта финалистских концепций, появляется и в наше время. У нас с этих позиций выступал, как мы уже сказали, И. С. Шкловский.

Разумеется, не менее активно трудились и сторонники противоположной концепции, согласно которой продолжительность существования очагов разумной жизни может быть сопоставима со временем жизни Вселенной в целом. Среди сторонников этой концепции следует назвать прежде всего К. Э. Циолковского и В. И. Вернадского.

Научный потенциал, накопленный к концу XX столетия, дает больше аргументов в пользу оптимистической оценки грядущей судьбы человечества. Разумеется, если в этом мире, где запасы природных ресурсов и возможности "нагружения" природной среды техногенными отходами ограничены, человечество будет следовать экстенсивным путем эволюции, то предрекаемая ему гибель (или в крайнем случае вырождение) станет абсолютно неизбежной. Но если человечество найдет в себе достаточно мудрости и силы выбрать экологически сбалансированный путь интенсивного продвижения в будущее в глобальном масштабе, последовательно поднимаясь по ступеням иерархически все более высоких и все более сложных технологических состояний и отыскивая рациональные способы подавления возможных неустойчивостей в системе ноосфера — природа, то каких-либо принципиальных ограничений на этом пути в грядущее не видно вплоть до промежутков времени, сопоставимых с продолжительностью существования Вселенной. И в той степени, в какой человечество сумеет удерживать самодвижение к новым свершениям в рамках коэволюции с развивающимся Универсумом, его грядущую судьбу можно будет оценивать оптимистически,

Однако на этом пути человечество поджидает еще одна группа опасностей особого рода. Производственная, адаптационная деятельность цивилизации опирается на совокупность освоенных технологий, причем каждому данному уровню технологии соответствует оптимальная внутренняя структура социума, обеспечивающая на этом уровне максимальную эффективность производственной деятельности.

Творческая, научная деятельность цивилизации направлена на решение другой задачи — поиск новых экологических ниш и соответственно новых, более эффективных технологий. В результате этой деятельности возникает и постепенно все более углубляется противоречие между новым, прогрессивным уровнем технологии и старой, консервативной структурой социума. Разумеется, это не единственное внутреннее противоречие, присущее такому сложному объекту, как ноосфера. За комплексом этих противоречий скрыто, быть может, самое глубокое из них — противоречие между интересами ноосферы в целом и отдельного индивидуума, личности.

Человек как индивидуум стремится к полному раскрытию собственного творческого потенциала (если он возвысился до соответствующего уровня понимания). Человек как субъект цивилизации, говоря словами Маркса, всю природу превращает в собственное неорганическое тело. Отделяя себя от природы и противопоставляя себя ей, человек тем самым вносит в собственное существование элемент драматизма, поскольку, стремясь к освобождению, приходит к противоположному результату — несвободе.

Не углубляясь далее в анализ этих вопросов, вспомним давнее и совершенно справедливое высказывание Гегеля: "Противоречие есть корень всякого движения и жизненности; лишь поскольку нечто имеет в себе самом противоречие, оно движется, обладает импульсом и жизненностью".

В нашем случае "нечто" — это сама ноосфера, а комплекс ее внутренних, имманентных противоречий — постоянный источник ее самодвижения, эволюции. Возникает вопрос: нельзя ли сформулировать основной закон, которому подчиняется этот эволюционный процесс? В трудах В. И. Вернадского ответа на этот вопрос нет. Однако если попытаться обобщить все сказанное выше о свойствах ноосферы, то можно предложить следующую формулировку этого закона) основная функция ноосферы состоит в креативной, т. е. творческой и преобразующей, и адаптивно-адаптирующей, т. е. приспособительной, деятельности в целях расширения границ гомеостазиса.

В качестве следствий из этого основного закона эволюции ноосферы можно получить такие важные положения, как экологический императив, космический императив и некоторые другие, о которых шла речь выше. Пользуясь теорией систем, можно также построить системные модели эволюции ноосферй, которые позволяют сконструировать сверхдолгосрочные сценарии ее развития. При этом, разумеется, речь может идти о прогнозе только наиболее общих, крупномасштабных особенностей этого эволюционного процесса. Не менее важной другое: на этом пути появляется возможность предсказать возникновение опасных неустойчивых состояний (иными словами, кризисных явлений) на тех или иных ветвях эволюционных процессов, а тем самым и предупредить развитие в нежелательных направлениях.

Оставляя в стороне чисто технологические стороны эволюционного процесса — хотя сами по себе они чрезвычайно интересны, — отметим, что, пожалуй, креативная, творческая функция цивилизации нигде не проявлялась так ярко, как в стремлении построить идеальную модель социума, блаженный земной миллениум. Можно привести длинный список самых светлых умов человечества, усилиями которых построено великое множество таких моделей. Однако войти в это сказочное Эльдорадо до сих пор не удалось никому: развитие живой жизни делало свое дело — раз за разом оно разрушало одну идеальную схему за другой. Последний пример у нас перед глазами — это крах нашей системы государственно-монополистического социализма.

Не пытаясь подменить скороспелыми высказываниями всесторонний анализ сложных проблем, которые возникли перед нами в связи с этой ситуацией, все же хотелось бы сделать одно частное замечание. Речь идет о мифологизированном восприятии действительности. Думается, что именно в этой особенности человеческой психики коренится одна из причин поразительной устойчивости всевозможных социальных мифов и утопических схем, которые, подобно религии, могут легко овладевать массовым сознанием. Это замечание представляется важным потому, что если болезнь известна, то проще становится и поиск предупредительных мер против нее.

Несмотря на многочисленные трудности, внутренние противоречия и периодически возникающие кризисные явления, сопровождающие поступательное самодвижение ноосферы, прогноз в целом благоприятен: мир идет к многоукладному обществу положительного гуманизма, которое будет представлять собой свободную ассоциацию всесторонне развивающихся индивидов, освобожденных от гнета сил отчуждения. И совершенно естественно, что возникает вопрос: явится ли это состояние долгожданным миллениумом, тысячелетним царством всеобщего благоденствия или человечество поджидают новые неожиданные повороты его космической судьбы?

Вспомним в этой связи высказывание В. И. Вернадского о будущем человека как биологического вида. Человек, писал он, "служит промежуточным звеном в длинной цепи существ, которые имеют прошлое и, несомненно, будут иметь будущее". Сходных взглядов придерживался и К. Э. Циолковский. Недавно С. Лем — не только известный фантаст, но и биолог по образованию — высказал гипотезу, что изменение условий существования человечества (например, дальнейший рост численности населения в мегаполисах) в принципе в состоянии послужить для возобновления эволюции вида Homo sapiens — действующим фактором явится вирус СПИД или какой-либо иной столь же эффективный агрессор.

Будем надеяться, что у человечества достанет силы предвидения и чувства ответственности, чтобы предотвратить подобные повороты собственной судьбы. Однако в этом случае вопрос можно поставить по-иному: а возможна ли автоэволюция вида Homo sapiens? Существуют ли предпосылки для этой гипотезы, если исходить из данных современной науки?

Отвечая на этот вопрос, можно со всей определенностью утверждать: да, такие предпосылки существуют. Рассматривая неопределенно далекую перспективу можно указать три теоретически возможных сценария эволюции Homo sapiens.

1. Реабилитация, или модель Доуэля (ликвидация болезней, исправление дефектов генетического кода, пересадка "запасных" органов, создание банка искусственных органов и т. д.).

2. Компьютеризация, или модель Киборга (искусственные органы с электронным управлением, электронные органы слуха и зрения, человеко-машинные системы, взаимосвязь индивидуум — электронный "сверхинтеллект").

3. Модернизация, или модель Ихтиандра (приспособление человека к жизни в другой среде, например в космосе или в океане).

Развитие по последнему сценарию представляется весьма маловероятным в силу социальных и морально-этических причин. Иначе обстоит дело в отношении первых двух сценариев — здесь для продвижения вперед уже сегодня существуют научные и технические предпосылки.

Поэтому закономерно возникает следующий вопрос: на какие качественно новые уровни может выйти ноосфера, если развитие по этим сценариям будет действительно продолжаться? Нетрудно убедиться, что продвижение в этих направлениях приведет к двум важным следствиям.

1. Решение проблемы сохранения личности, понимаемой в динамике, на неопределенно долгое время. Над этой проблемой работали такие крупные представители русского космизма, как Вл. С. Соловьев, Н. Ф. Федоров, П. А. Флоренский, К. Э. Циолковский. "Всякое благо возможно для человека, — писал Соловьев, только под условием, что живет он сам и живут те, кого он любит. Человек, желающий жить и приговоренный к смерти, не может, серьезно говоря, считаться свободным".

2. Переход ноосферы на качественно новую стадию эволюции, отличающуюся максимальной степенью раскрытия творческих потенций освобожденного индивидуума при одновременном диффузионном размывании межличностных границ в социуме с высокой степенью интеграции коллективного интеллекта. Будем называть это качественно новое гипотетическое состояние ноосферы нооунитарной стадией эволюции.

Переход ноосферы в эти высшие, тесно связанные между собой состояния, очевидно, отвечает основному закону ее эволюции. Очевидно также, что процесс перехода ноосферы в эти новые состояния должен быть связан с преодолением целого ряда глубоких внутренних противоречий в социуме. Можно поэтому не сомневаться, если что и не ожидает наших далеких потомков, так это скука и самоуспокоенность.

Заканчивая разговор о грядущем, хочется еще раз подчеркнуть то главное, что людям необходимо иметь в виду сегодня. Польский сатирик С. Е. Лец однажды сказал: "Наука и техника так совершенствуются, что скоро человек сможет обойтись без самого себя". Чтобы этого не случилось, приоритет должен быть отдан общечеловеческим интересам глобального развития, задачи гуманизации цивилизации должны быть поставлены во главу угла, а управление техногенной деятельностью должно быть подчинено принципу коэволюции ноосферы и природы. Это сегодня главное.

НАЧИНАЮЩЕМУ ИЗОБРЕТАТЕЛЮ

Курс лекций по развитию творческого воображения и теории решения изобретательских задач для начинающих

П. Амнуэль

Часть 1

Такой маленький крокодил

Впереди два нерабочих дня, и вы не знаете, чем их заполнить. Предлагаю заняться гимнастикой. Причем — не вставая с дивана. Я имею в виду гимнастику ума. Начнем с простого: расскажите своим детям (или внукам) сказку.

— Жил да был крокодил…

— Про крокодила я уже слышал!

— Однажды Чебурашка…

— И про Чебурашку тоже!

— Про что же ты хочешь? — спрашиваете вы с тихим отчаянием, думая о том, что было уже и о китах, и о котах, и даже о ракопауке с планеты Пандора, о котором вы прочитали в повести братьев Стругацких.

— Про такое животное, про какое никто и никогда не рассказывал!

Знакомая ситуация? Если нет, не волнуйтесь, это означает только, что все впереди. Фантазия у детей не в пример богаче, чем у вас. Не обижайтесь, но это установленный наукой факт.

Что же делать?

Для начала — решить простенькую задачу: придумать животное, о котором еще никто и никогда не рассказывал.

Рецепты развития воображения достаточно просты, проще, чем рецепты развития памяти и уж попроще методики овладения иностранными языками. Рецепты эти — предмет изучения новой науки, которая носит удивительное название: теория сильного мышления. Создавалась эта наука в течение более чем тридцати лет, и ее отцом-патриархом по праву является советский изобретатель и писатель-фантаст Генрих Саулович Альтшуллер. Частями новой науки являются ТРИЗ (теория решения изобретательских задач), РТВ (развитие творческого воображения) и ЖСТЛ (жизненная стратегия творческой личности). О теории сильного мышления недостаточно слышать — ее нужно знать. Если не фантастические возможности ТРИЗ и не практические рекомендации ЖСТЛ, то хотя бы некоторые способы развития фантазии.

Вот первый способ.

Вспомните американский фантастический фильм "Дорогая, я уменьшил ребенка!", который часто показывают по киноканалу кабельного телевидения. Обыкновенный мальчик уменьшился до микроскопических размеров, лист лопуха стал для него что гигантский корабль. Или кинофильм "Фантастическое путешествие", сценарий которого был написан известным американским фантастом Айзеком Азимовым. Сюжет: подводную лодку с экипажем уменьшили в тысячи раз, а потом "запустили" в вену тяжело больного человека. И началось удивительное путешествие внутри кровеносных сосудов, битва с микробами и бактериями…

А ведь еще раньше были "Путешествия Гулливера" Джонатана Свифта. Лилипуты, которые помещались на ладони бравого английского моряка. Замечаете систему? Дети уменьшились до размеров насекомого. Подводная лодка уменьшилась до размеров микроба. Лилипуты — люди, уменьшенные в полтора десятка раз…

Прием уменьшения. Просто, но эффективно.

Кстати, уменьшать можно вовсе не только размеры. А вес? В рассказе Герберта Уэллса "Правда о Пайкрафте" некий мистер Пайкрафт принял патентованное средство для похудения и… Нет, он остался толстяком, но вес его уменьшился до нуля! Бедный мистер взлетел под потолок и… Перечитайте рассказ: очень полезно для развития фантазии.

Итак, вы пришли домой, и ваш сын…

— Нет, — говорите вы, — моя новая сказка не про того крокодила Гену, которого ты знаешь.

Вы сажаете сына на колени и вместе придумываете совершенно новую историю. О том, как крокодил Гена уменьшился в семьсот тридцать два раза и решил отомстить старухе Шапокляк. Он сделал… Дальше — сами (вот вам и занятие на субботу). Пришлите нам вашу сказку, и лучшая будет опубликована. При начислении гонорара обещаем прием уменьшения не использовать.

Попробуйте решить еще одна задачу.

Вы и ваши дети наверняка читали замечательную сказку Льюиса Кэрролла "Алиса в стране чудес". Вот у кого было великолепное воображения (кстати, и прием уменьшения Кэрролл использовал — попробуйте вспомнить где именно)! Но и от читателей этой сказки тоже требуется немало фантазии. Подумайте-ка вместе с вашими детьми вот о чем.

Вы ведь читали сказку по-русски? Переводили ее в разное время разные переводчики, и каждый раз сталкивались с трудной проблемой. Стихи в "Алисе" — пародии на произведения, известные каждому англичанину с детства. Но мы-то с вами не англичане (впрочем, строго говоря, и не русские). Если мы не знаем стишка, который пародировал Кэрролл, как нам понять "изюминку" пародии? Можно было, скажем, сделать пародии не на английские стихи, а на русские, которые нам хорошо знакомы (так и поступил, между прочим, Владимир Набоков). Но тогда начисто пропадает английский характер книги!

Как, по-вашему, должен поступить переводчик? Переводчица Наталья Демурова задачу решила. А вы?

Задача простая, но требует воображения. И, кстати, прием уменьшения здесь не сработает. Нужен другой прием.

МИКРОБЫ, ОБЪЕДИНЯЙТЕСЬ!

Новая наука — теория сильного мышления — утверждает, что каждого человека можно научить изобретать. Причем, как ни парадоксально, изобретатель совсем не обязательно должен быть специалистом, скажем, в металлургии, чтобы решить сложную техническую проблему, касающуюся производства сплавов. На семинарах по теории творчества рядом сидели домохозяйка и инженер-электронщик — и к концу курса оба представляли заявки на изобретения из области… кораблестроения. К этому парадоксу трудно привыкнуть, и Генрих Саулович Альтшуллер, автор ТРИЗ, обычно рассказывал такую историю, почерпнутую из фантастической повести Роберта Шекли "Обмен разумов". Некий Флинн влюбился в некую Кэти, но красавица исчезла через минуту после знакомства, так что Флинн не успел узнать о ней ничего, даже номера телефона. Он впал было в отчаяние, но тут к нему обратился некий Вальдец и сказал, что обязательно найдет Кэти.

— Вы ее знаете? — с надеждой спросил Флинн.

— Никогда не видел. Но я, видите ли, специалист по теории поисков.

— Ну и что? Как вы найдете Кэти, ровно ничего о ней не зная?

— Дружище, если бы вам было известно о Кэти все — ее привычки, друзья, желания, и тому подобное, — удалось бы вам ее найти?

— Наверняка удалось бы, — ответил Флинн.

— Что ж, а теперь рассмотрите обратный случай. О теории поисков я знаю решительно все. Зачем мне знать что-то о Кэти?

Так вот, человеку, знакомому с теорией сильного мышления (и в частности, с ее составными частями — ТРИЗ, РТВ и ЖСТЛ), не нужно быть профессионалом-электронщиком, чтобы сделать изобретение в области электроники. И жизнь не раз это доказывала!

А начинается обучение творчеству с малого — с тех самых приемов развития воображения, о которых я начал рассказывать. Это я к тому, чтобы читатель вдохновился — все у него, читателя, впереди, быть ему большим изобретателем. Кстати, большими изобретателями были писатели-фантасты Жюль Верн, Герберт Уэллс, Александр Беляев и Генрих Альтов. Напоминаю: Альтов — это литературный псевдоним изобретателя теории сильного мышления Г.С. Альтшуллера. С ним-то ясно — Альтов пользовался плодами разработок Альтшуллера. Верн, Уэллс, Беляев и другие авторы пользовались приемами фантазирования интуитивно. Например, очень популярным в фантастике и изобретательстве приемом объединения.

…В некоей бухте появился страшный хищник, способный лодку с людьми превратить в плоский блин. И что странно: никто этого монстра никогда не видел. Совсем как Лох-Несское чудище, только, в отличие от него, по-настоящему опасное. Так начинается рассказ советского фантаста Севера Гансовского "Хозяин бухты". Не буду пересказывать приключений, перейду к идее: оказывается, в воде бухты жили миллиарды микроорганизмов, которые в минуту опасности объединялись в единое существо, способное переломить хребет акуле. Опасность исчезает, и существо тут же распадается на миллиарды составляющих. Вот и попробуй побороться с таким чудовищем!

Гансовский использовал классический прием объединения. Казалось бы, как могут микробы объединиться и превратиться в огромного хищника? А мы объединим! Это, кстати, очень важно. Запомните: когда пользуетесь любым приемом фантазирования, нужно обязательно добиваться принципиально новой идеи. В прошлый раз мы говорили о приеме уменьшения. Имейте в виду: если уж уменьшать, то так, чтобы получилось нечто совершенно новое! Если объединять что-то воедино, то пусть вас не смущает, что объединяемые предметы или существа, вроде бы, объединению не поддаются. Не нужно бояться думать!

Известный в прошлом гроссмейстер Иоганн Цукерторт очень изобретательно воспользовался приемом объединения. Он вызвал на поединок двух гроссмейстеров сразу — Стейница и Блекберна, — и заключил пари, что проведет с ними сеанс одновременной игры вслепую, причем наберет не менее одного очка. Оба гроссмейстера играли явно сильнее Цукерторта и пари, естественно, приняли. Так вот, Цукерторт искомое очко набрал. Как? Вовсе не шахматной силой, он использовал прием объединения. Цукерторт соединил гроссмейстеров друг с другом. Ходы Стейница он передавал Блекберну, а ходы Блекберна — Стейницу, естественно, не рассказывая о том, что его роль сводится только к роли рассыльного. Он мог и вовсе не уметь играть в шахматы, результат был бы тем же…

А вот — классический пример из истории изобретательства. Долгое время на боевые самолеты навешивали броневые листы, чтобы защитить машины (и пилотов) от пуль противника. Но броня так утяжеляла самолеты, что скорость снижалась почти вдвое. Как быть? Проблема казалась неразрешимой до тех пор, пока Туполеву не пришла в голову идея объединить броню с фюзеляжем. Попросту говоря, изготовлять фюзеляж не из привычного дюраля, а из броневых листов. Масса самолета резко уменьшилась, скорость резко возросла. Очень простое решение, но ведь больше десяти лет оно никому не приходило в голову! А если бы конструкторы не пользовались "методом тыка", а знали бы теорию сильного мышления с ее приемами…

Впрочем, в отличие от юриспруденции, незнание законов творчества, конечно, освобождает изобретателя от ответственности перед историей. Но если уж вы прием знаете, то извольте им пользоваться. Например, решите достаточно простую задачку, которую, кстати, подбросила жизнь.

Один из музеев Германии приобрел в одном из музеев Франции картину Рубенса. Немецкие эксперты, исследовав на месте полотно, признали его подлинным, что и подтвердили своими подписями на обратной стороне картины. После чего картину упаковали и отправили в Германию. По прибытии на место провели повторную экспертизу (может, картину подменили в дороге?) и обнаружили, что это подделка. Но, черт возьми, на обратной стороне подделки были подписи экспертов, удостоверявшие подлинность картины! И подписи были подлинными.

Вот и догадайтесь, как была проведена эта "афера века". Догадаться достаточно просто, если знаешь прием объединения.

А задачу о переводе на русский язык "Алисы в стране чудес" вы еще не забыли? Она тоже решается с помощью приема объединения, теперь вы и эту задачу должны решить запросто.

ВСЕ НАОБОРОТ!

Эпиграфом к замечательной фантастической повести Рэя Бредбери "451 градус по Фаренгейту" служат слова Хуана Хименеса: "Если тебе дадут линованную бумагу, пиши поперек". Не знаю, думал ли американский фантаст о теории развития фантазии, но эпиграф выбрал очень точно. В наши дни пожарные тушат огонь, в будущем пожарные будут огонь разжигать — чтобы уничтожать книги. Вместо пожарных появятся как бы антипожарные.

Очень популярный в фантастике прием — сделать наоборот. Фантастические идеи, полученные с помощью этого приема, любопытны и парадоксальны. Может, вы читали интересный рассказ Уильяма Тэнна "Срок авансом"? Идея простая. Некто убивает своего врага и получает за это большой срок. Это в наши дни. А в мире будущего — все наоборот. Некто является в суд, заявляет, что намерен убить своего врага и получает за это большой срок. Отсидев (за хорошее поведение — половину срока), этот некто имеет теперь полное право где угодно отыскать этого врага и убить его. Согласитесь, нетривиальная идея, отличная работа воображения, а сколько психологических коллизий! Ведь герой рассказа вовсе не объявляет заранее, кого из своих знакомых он намерен "пришить", вернувшись из заключения. Десятки людей, с которыми он был так или иначе связан, теряют покой — кто из них?..

Прием наоборот: обычно все тела притягиваются к Земле, а что, если вместо притяжения будет отталкивание? И получается роман Герберта Уэллса "Первые люди на Луне". Все знают, что, если лететь со скоростью, близкой к скорости света, время замедляет свой бег. На этом основан известный парадокс близнецов и множество фантастических рассказов о возвращении космонавтов. А если наоборот: время не замедляется, а ускоряется? Прочитайте рассказ братьев Стругацких "Частные предположения", и вы узнаете, что получится. Или уж совсем тривиальная мысль: все мы стареем. А если наоборот? Тогда получается рассказ Станислава Лема "Восьмое путешествие Ийона Тихого", где герой молодеет день ото дня, превращаясь, в конце концов в младенца.

Наверняка, покопавшись в памяти, каждый из вас вспомнит не одно, а несколько литературных произведений (не обязательно фантастических), где какая-то ситуация поставлена с ног на голову.

Среди приемов развития воображения прием "наоборот" стоит особняком. Причина простая: с ног на голову можно ведь ставить не только вещи, явления или ситуации, но и приемы развития воображения. Мы уже знаем два приема, о которых говорили на прошлых занятиях: уменьшение и объединение. А если наоборот? Тогда получим еще два приема: увеличение и дробление. Увеличение: это свифтовские великаны, вольтеровский Микромегас, звездолет размером с планету в "Бегстве Земли" Френсиса Карсака. А лемовская идея передачи людей на расстояние? Сначала профессора Тарантогу раздробили на отдельные атомы, а потом, в другом уже месте, эти атомы объединили в милого профессора. Приемы дробления и объединения без всяких примесей.

В будущем, рассказывая о каком-нибудь приеме развития воображения, давайте не будем забывать о приеме "наоборот" и каждому новому приему сразу же противопоставлять антиприем.

Да что мы все о фантастике? Воображение нужно нам в реальной жизни! Вот техническая проблема: зима (разумеется, не в Израиле, а где-нибудь в Сибири), на открытых железнодорожных платформах лежат окаменевшие от холода минеральные удобрения. Попробуйте-ка разгрузить такой состав! Много лет делали самое, казалось бы, естественное: нагревали груз до тех пор, пока огромные глыбы не распадались на комки. Это сколько же надо было горелок, сколько топлива пропадало… В конце концов явился некий изобретатель и сделал наоборот: предложил обливать груз жидким азотом. Глыба охлаждается еще больше, становится хрупкой и… распадается на части. А жидкий азот попросту испаряется без следа. Красивая идея?

А вот изобретение, сделанное с помощью приема дробления. Нефть, как вы знаете, хранят в резервуарах. Летом резервуар сильно нагревается, и много нефти улетучивается. Казалось бы, чего проще: нужно накрыть жидкую нефть крышкой, и все дела. Да, но ведь стенки резервуара неровные, между крышкой и стенками остается зазор, и нефть продолжает испаряться. Как быть? Изобретатели воспользовались приемом дробления: раздробили крышку, предложили насыпать в резервуар мелкие шарики, плавающие на поверхности нефти. Проблема исчезла: теперь, какой бы формы не были стенки резервуара, "крышка" из шариков не оставляет никаких щелей!

Кстати, вы еще не забыли задачку о фантастическом животном? Давайте так: по мере того, как вы будете узнавать все новые приемы фантазирования, возвращайтесь к этой задаче и придумывайте очередное животное. И вам тренировка, и детям — новая сказка. Например, прием "наоборот". Что делает животное обычно, когда голодно? Оно находит добычу и ест ее. А теперь наоборот: путь оно находит добычу и… заставляет себя съесть. Скажем, фантастический кролик на планете Фу-фу насыщается тогда, когда попадает в желудок местного удава, там и пищи много, и волк не догонит. А выбраться обратно? Так на это есть другие приемы — уменьшения, увеличения, дробления… Подумайте-ка сами.

А теперь простенькая задача. Как, скажите на милость, можно определить температуру жука, пользуясь обычным градусником? С человеком проблем нет, даже тигру можно измерить температуру, если его, конечно, связать. А жуку? Решение очень простое. Нужно только воспользоваться одним из тех приемов, которые мы уже знаем. Напомню: пока их пять — увеличение, уменьшение, объединение, дробление и "наоборот".

ЭТОТ ПРОТИВОРЕЧИВЫЙ МИР

Не будем временно говорить о приемах развития воображения. Во-первых, хочу дать читателю время освоиться с теми приемами, с которыми мы уже познакомились. А во-вторых, хочу, чтобы читатель не думал, что наука о сильном мышлении состоит всего лишь из набора приемов — выучил, и стал изобретателем.

Конечно, все сложнее. Отдельные приемы были известны изобретателям и раньше, даже в прошлом веке. У психологов можно найти списки двадцати-тридцати приемов. Многим казалось — вот пополним список, будем пользоваться не десятью приемами, а сотней, и все, никакая техническая проблема не устоит. Однако быстро обнаружилось, что с помощью простых приемов можно решать только простые задачи, вроде похищения картин (кстати, вы-то эту задачку решили?) или измерения температуры жука (вы уже придумали ответ?). А чтобы решить задачу посложнее, нужно использовать комбинации приемов, число комбинаций очень велико — десятки тысяч! Так что же, возвращаться к старому методу тыка и перебирать, только теперь не идеи, а приемы?

Нет, конечно. Автор ТРИЗ Г.С.Альтшуллер "перевернул" проблему (прием "наоборот") и сказал: прежде чем пытаться сделать изобретение, давайте разберемся, что это такое — изобретательская задача.

Вспомним задачу о переводе стихов-пародий из "Алисы в стране чудес". В чем трудность? Перевод делается, естественно, не для англичан — им-то русский текст ни к чему. Но чтобы понять смысл пародии, нужно знать какое стихотворение пародируется. А чтобы читатель знал это стихотворение, он должен быть англичанином. Что получается? Читатель должен быть англичанином, и читатель не должен быть англичанином…

Противоречие.

Вот-вот! Именно из противоречия и возникает любая изобретательская задача. Только ли изобретательская? Нет — любая задача на воображение.

Есть противоречие и в задаче об измерении температуры жука. Чтобы измерить температуру нужен градусник, и в то же время — градусник не нужен, потому что жуку его некуда поставить!

А задача о фальшивых картинах? Противоречие: подписи экспертов были поставлены на подлинниках, но эти самые подписи стоят на подделках!

А уж, какое очевидное противоречие в задаче о разгрузке минеральных удобрений! Груз нужно нагревать (иначе, вроде бы, заледеневшие глыбы не разбить), и груз нагревать не нужно (уходит очень много топлива).

Нет задачи без противоречия. Но ведь нет и решения, если противоречие остается. И неужели наука о сильном мышлении, в которой существуют десятки приемов фантазирования, не придумала способов, как избавляться от всякого рода противоречий?

Вопрос риторический. Конечно, такие способы есть. Вот два. Первый: нужно разделить противоречащие свойства в пространстве. Второй: нужно разделить противоречащие свойства во времени. Классический пример — проблема запертой комнаты. Убили миллионера, труп лежит в комнате, закрытой изнутри. Все заперто — двери, окна, форточки. Противоречие: убийство произошло (вот же труп!), но его не могло быть (как вошел и вышел убийца?). И решение — либо убийство произошло, когда комната еще не была запертой (разделение во времени!), либо убили в другом месте (разделение в пространстве!).

Вот вам, кстати, подсказка к решению задачи о подделке картин: нужно разделить подлинники картин и подписи к ним… в пространстве. Как? С помощью одного из уже известных нам приемов воображения!

А чтобы потренироваться, давайте сыграем в игру, которая называется "Хорошо-плохо" или "Цепочка противоречий".

Соберите вечером всю семью за олимовским столом и начните:

— Я говорю "Идет дождь. Это хорошо, потому что после дождялучше растут цветы". А ты, Соня (это вы жене), подхватываешь "Цветы растут лучше — это плохо, потому что, когда в квартире много цветов, начинает болеть голова". Тогда ты, Лена (это вы дочке), говоришь "Но если болит голова — это хорошо, потому что тогда не нужно делать уроки". А Игорь (это — сын) продолжает "Если не нужно делать уроки — это плохо, потому что тогда меньше знаешь." Круг замыкается, теперь опять ваша очередь: "Меньше знать — это хорошо, потому что…"

Поняли принцип? Так и продолжаете "это хорошо, потому что… А это плохо, потому что…" И тянете эту цепочку противоречий до тех пор, пока не окажется, что для очередного раунда вы уже не в состоянии придумать логичной причины.

Потренируйтесь, а потом, вместо того, чтобы перед сном читать детектив или смотреть боевик, сосредоточьтесь и "нарисуйте" цепочку "плохо-хорошо…" для такой начальной фразы: "На юге теплый климат, и это хорошо, потому что…"

БЫТЬ И НЕ БЫТЬ

Если хотите придумать что-то новое, найдите противоречие в старом.

Если не найдете, то и нового ничего не придумаете. Так утверждает теория сильного мышления, и разве это не правильно?

Мы уже знаем несколько приемов фантазирования — увеличить, уменьшить, объединить, раздробить… Казалось бы, бери и пользуйся. Но много ли воображения в дереве, увеличенном в десять раз? Стоит себе трехсотметровый ствол, пронзив облако, подобно Останкинской телебашне. В таком дереве нет внутреннего противоречия, значит, нет и новизны. А вот давайте увеличим дерево не в десять раз, а в десять тысяч. Сразу появляется противоречие и, значит, есть работа для фантазии. Какое противоречие? Очень простое. Дерево высотой в сотни километров не может существовать. Почему? Да потому, что корни его вращаются вместе с Землей с одной скоростью, а вершина — с гораздо большей. Когда дерево обычного "роста", эта разница неощутима, а когда ствол вымахал аж за пределы атмосферы… Дерево сломается — вот и все.

Итак, противоречие: дерево должно быть высотой в тысячу километров (по условию задачи) и не должно (ведь оно сломается). Как разрешить противоречие? Просто: дерево вымахало за тысячу километров, но… продолжает находиться около земли. То есть — растет не вверх, а вдоль земной поверхности. Ствол дерева — от Москвы до Санкт-Петербурга.

Вот тут-то и появляются новые возможности, вот тут-то и возникает простор для фантазии. Выдолбим в стволе тоннель и пустим поезда. Впрочем, зачем долбить-то? Можно вырастить пустотелое дерево, лежащее на земле, и пустить внутри него электричку. Автобусы пускать по тоннелю не стоит — дерево погибнет от выхлопных газов. А если вырастить ствол длиной в десять тысяч километров? Можно, кстати, и квартиры вырубать в коре этого дерева — ведь если длина ствола достигает тысяч километров, то толщина наверняка тоже ого-го… Появятся дешевые квартиры, подрядчики начнут, вместо строительства домов, выращивать деревья…

Вот так и работает фантазия. Нужно пользоваться простыми приемами и помнить о том, что, создавая новое, нужно прежде всего отыскать противоречие в старом. В ТРИЗ — составной части теории сильного мышления — есть несколько дополнительных приемов, с помощью которых удается делать любопытные изобретения. Один из приемов звучит так: "чтобы не возникло трудностей сегодня, избавься от них… вчера". Или, если покороче, — "сделай заранее".

Вот пример. На одной из мебельных фабрик выпускали комплекты мебели для детских садов. Потребители жаловались: очень скоро шкафы перестают, мягко говоря, радовать взгляд. Дети сдирают краску, царапают дерево.

— А мы при чем? — долгое время отбивалась дирекция фабрики. — Любую, самую прочную, краску можно содрать и любое, самое прочное, дерево — поцарапать.

Хотите, будем делать некрашеную мебель?

— Не хотим! — возмущались заказчики. — Для детских садов нужна мебель яркая, раскрашенная в разные цвета. Вот если бы краска была не на поверхности, а пропитывала всю древесину…

— Тысячу раз пробовали! — возражала дирекция. — Не получается.

Вот вам типичное противоречие: дерево должно быть покрашено (чтобы мебель была яркой) и не должно быть покрашено (потому что краску дети сдирают). Есть противоречие — значит, есть над чем подумать. И прием есть, он сформулирован пятью абзацами выше.

Изобретение, о котором я рассказываю, было сделано на самом деле: нужно не красить шкаф после изготовления, а нужно заранее вводить красители в почву, из которого дерево добывает себе пропитание. Ствол будет окрашен на всю глубину еще до того, как дерево срубят! И никаких проблем — царапай хоть ногтем, хоть гвоздиком.

А эту задачу решите сами. Идея та же — нужно найти и сформулировать противоречие, а потом использовать прием "сделай заранее".

Некая фирма покупала подсолнечное масло и перевозила его в автоцистернах емкостью три тысячи литров. Однажды обнаружили, что каждый раз после доставки груза в цистерне недостает примерно тридцати литров. Проверили отмеряющие приборы, проверили пломбы, проверили герметичность цистерны — все в порядке! Обратились в полицию. Детектив ничего не обнаружил: в пути машина нигде не останавливалась, водитель масла не отливал, да и не мог — цистерна-то была под пломбой.

В конце концов, проблему, конечно, решили и вора обнаружили. Но понадобилось для этого нанимать бригаду сыщиков и платить большие деньги. А если бы владельцы фирмы (не говоря о детективах) владели приемами развития воображения? Задача — на пять минут, не больше. Подумайте.

В заключение — еще одна задачка. В ней тоже, конечно, нужно прежде всего выявить, что чему противоречит. И использовать прием. Только не "сделать заранее", а другой — из тех, что вы уже знаете.

В одной лаборатории исследовали процесс электросварки. Включали электрическую дугу, вносили в нее металлический стержень и снимали на пленку, чтобы потом спокойно рассмотреть, как плавится металл. Когда показали фильм на экране, выяснилось, что видна только дуга. Этого следовало ожидать — ведь дуга ярче стержня, поэтому его и не видно. Что делать? Включили вторую дугу, осветили ею стержень и снова сняли фильм. Но теперь виден оказался только стержень — ведь он был ярко освещен второй дугой! И что же делать? Как увидеть на экране сразу и дугу, и стержень, который в ней плавится?

Противоречие ясно: дуга должна быть видна (чтобы проследить за ее действием) и не должна быть видна (иначе не виден стержень). Что ж, противоречие я вам подсказал, а как от него избавиться?

И БЫТЬ, И НЕ БЫТЬ

Время подвести первый итог — пять приемов, пять задач, на которые нужно дать ответы. Итак, что было главным? Первое: не создашь нового, не найдя противоречия в старом. И второе: найдя противоречие — воздействуй приемом.

Гамлетовский вопрос "быть или не быть?" был решен принцем в пользу "не быть". Из чего следует, что Гамлет не знал ТРИЗа, иначе он сказал бы: "и быть, и не быть!" Так поступает изобретатель и любой человек с развитым воображением.

Есть такая притча. Если военный говорит "да", то это "да"; если "нет", то это "нет"; если он говорит "может быть", то это не военный. Если девушка говорит "нет", то это "может быть", если "может быть", то это "да", а если она говорит "да", то это не девушка. А вот изобретатель, увидев противоречие типа "да или нет", говорит "и да, и нет" — и делает так. Если он говорит "да", и если он говорит "нет", это не изобретатель.

В тридцатые годы, когда начали увеличиваться скорости самолетов, возникло противоречие. Чтобы самолет летел быстрее, нужно убрать все выступающие части, в том числе и шасси. Но если убрать шасси, как самолет будет взлетать и садиться? Типичное противоречие: шасси должно быть (иначе ни взлететь, ни сесть!), и его быть не должно (иначе не увеличить скорость).

Лет десять конструкторы мучились, меняя форму корпуса и шасси. А разрешил противоречие советский конструктор Роберт ди Бартини (итальянский коммунист, эмигрировавший в СССР в 1924 году, чтобы, как он выразился, "красные самолеты летали быстрее черных" — вот ведь тоже противоречие, господа!). Он сказал "и быть, и не быть", разделив противоречащие элементы во времени — шасси есть (на старте и при посадке), и его нет (в полете). Короче говоря, он изобрел убирающееся шасси, в результате чего одно время действительно красные самолеты летали быстрее черных.

А теперь, крепко запомнив, как бороться с противоречиями, вернемся к задачам. Задача 1. Как перевести на русский язык пародии из "Алисы в стране чудес", чтобы и английский стиль сохранить, и чтобы смысл пародии был ясен читателю? В.Набоков поступил так: вместо английских стихов он пародировал известные всем русские (например, "Скажи-ка, дядя, ведь недаром…"). Читатель понимал, о чем говорит пародия, но из "Алисы" начисто исчез английский дух. И это понял сам писатель, поскольку назвал свой перевод "Аня в стране чудес". Противоречие осталось, поскольку Набоков избрал вариант "не быть". А переводчица Н.Демурова подошла к проблеме по-изобретательски. Она дала (в комментарии) перевод английского стихотворения, которое пародировал Керролл, а в самом тексте — перевод пародии. Получилось "и да, и нет" — читай стихотворение, а потом читай на него пародию…

Задача 2 — о подделке картин из французского музея. Противоречие: картины подлинные (это удостоверяют подписи экспертов), и они подделаны (что видно и без всякой экспертизы). Разделим противоречащие части во времени: картины были подлинны, когда эксперты ставили свои подписи, и картины стали подделками, прибыв на место. Как это? Очень просто — используйте прием объединения. Перед отправкой подлинник и подделка были объединены в одной раме: сверху подлинное полотно, а под ним подделка. Эксперты видели подлинник, а подписи ставили на обороте подделки, вот в чем штука! В дороге, как вы понимаете, подлинники были украдены…

Задача 3 (как измерить температуру жука) совсем проста и решается с помощью все того же приема объединения. Возьмите сотню жуков и запихайте их в стакан, а потом суньте в этот стакан обычный градусник. Прибор покажет среднюю температуру жуков внутри стакана — что вам и нужно.

Задача 4 — о том, как из цистерны пропадало масло. Цистерна закрыта и опечатана, по пути шофер даже не выходил из кабины. А масла недосчитались. Противоречие — масло не исчезло (это показывали весы и до поездки, и после нее), и оно исчезло. Что сделал шофер? Он использовал изобретательский прием "сделай заранее". Внутрь цистерны он подвесил пустое ведро. Когда цистерну залили маслом, ведро оказалось полным. Потом цистерну закрыли, перевезли, взвесили (все в порядке!) и масло слили. Все, кроме того, что осталось в ведре! Отъехав в гараж, где не было никаких сыщиков, шофер вытащил ведро и продал масло. А заказчик в это время ругался и проклинал нечистую силу…

И пятая задача — как на одной кинопленке получить изображение горячей электрической дуги и холодного металлического стержня. Простая задача, ее должен решить каждый, кому известен принцип работы стробоскопа. Нужно разделить противоречивые элементы (дугу и стержень) во времени — сначала снимать металл в пламени дуги (будет видна только дуга), потом осветить металл более мощной дугой (станет виден только стержень). А потом объединить — перемежать первые кадры со вторыми. Глаз не заметит мелькания — вам будет казаться, что вы видите холодный стержень в горячем пламени электрической дуги.

Все так просто, если знаешь, как все это просто…

МАШИНА БЕЗ МАШИНЫ

Итак, мы знаем пять приемов фантазирования и знаем, что новая идея возникает тогда, когда в старой идее обнаружены противоречия. Замечательно. Есть еще много других приемов, но о них позже. Но, если уж развивать фантазию по всем правилам, то нельзя обойтись без второго по важности. Ну, обнаружили мы противоречие. Ну, использовали прием, и противоречие исчезло. А кто сказал, что идея, которую мы получили в результате — лучшая? Никто этого не сказал.

Между тем, ТРИЗ утверждает, да, собственно, и без ТРИЗ здравый смысл подсказывает: прежде чем куда-то двигаться, нужно представить, куда ты, собственно, хочешь придти. Прежде чем начать фантазировать или изобретать, ответь: а что, собственно, ты хочешь придумать.

Лет сорок назад в КБ Туполева возникла проблема, которую долго не могли разрешить. На новых моделях самолетов решили установить и мощные радиолокационные системы. Но антенна бортового локатора — это ажурная легкая конструкция, встречный поток воздуха сминает ее мгновенно. Как защитить? Ясно как — закрыть антенну жестким обтекателем. Закрыли, и что же? Упала скорость самолета, раз. Но что еще хуже — обтекатель поглощал радиоволны, и проницающая сила локатора катастрофически уменьшалась. Что делать? Скажу сразу — конструкторы использовали все известные в то время материалы для обтекателя и улучшили аэродинамические качества, насколько это вообще было возможно. А проблема осталась…

Вот вам противоречие: обтекатель должен быть (чтобы защитить антенну), и его быть не должно (чтобы радиоволны не поглощались). Если бы в КБ Туполева работал кто-нибудь, знавший теорию изобретательства, он бы сказал сразу: а чего вы, товарищи, собственно, хотите? Какой должен быть идеальный конечный результат? ИКР — идеальный конечный результат — есть у любой изобретательской задачи и у любой задачи на воображение. Сформулировали противоречие? Это — то, от чего мы должны уйти. А теперь сформулируйте ИКР — это то, к чему мы, по идее, должны придти.

Что самое важное в любой машине? Форма, металл, вес, мощность? Нет — функция! Самое важное, к примеру, в автомобиле — не сам автомобиль, а то, что он должен доставить вас из одного места в другое. Разве вы отказались бы, если бы явился волшебник и предложил перенести вас из дома на работу без всякого автомобиля? Отказались бы, если автомобиль вам нужен для престижа…

Итак, ИКР — это когда механизма или машины нет, а функция его выполняется. Идеальный автомобиль — это отсутствие автомобиля: захотел, и оказался в театре. Или на стадионе. Конечно, такого пока нет, но ведь результат — идеальный! К нему и нужно стремиться. Если вы захотели усовершенствовать кран на кухне, подумайте: а каким должен быть ИКР? Уверяю вас, сразу вам придет в голову какое — нибудь не очень тривиальное решение…

Но вернемся к Туполеву. Каким должен был быть идеальный результат? Обтекателя нет, а функция его выполнена. То есть: антенна, вроде бы, ничем не прикрыта, а, между тем, от напора воздуха защищена. Быть такого не может? Не торопитесь. Вот, как решил проблему сам Туполев, когда ему принесли на просмотр очередной вариант обтекателя.

— Хватит! — сказал он. — Какой материал самый легкий и в то же время абсолютно прозрачный для радиоволн? Разумеется, воздух. Его и используйте.

Действительно, идеальное решение — закрыть антенну… воздухом. Сказать-то легко… Но и решить оказалось просто — было бы направление.

— Говорите, из воздуха ничего не построишь? — продолжал Туполев. — Неверно.

Поглядите на пчелиные соты. На девять десятых они состоят из воздуха и, между тем, попробуйте их сломать!

Так и была создана крышка для самолетных антенн, практически целиком состоящая из воздуха. Конечно, это не было полностью идеальное решение — но без стремления к ИКР не удалось бы достичь и этого! ИКР — мечта.

Но мечта прокладывает путь к решению.

Вот совершенно реальная проблема, которую удалось в свое время решить, представив себе идеальный конечный результат.

Дело было в одном из крупных совхозов — естественно, еще во времена застоя, что, впрочем, для задачи не так уж важно. В большом совхозе — большой коровник. Представили? Призывает директор ученых и говорит:

— Хочу знать, хороша ли в коровнике вентиляция.

— Сделаем замеры и узнаем, — говорят ученые. — Правда, помещение большое, потолки высокие… Работы месяца на два.

— Ну, знаете, — машет руками директор. — Быстрее нельзя?

— Справимся за час, — заявляет неожиданно один из ученых, знакомый с ТРИЗ.

И справился-таки. Сформулировал идеальный конечный результат: по нашему желанию в любой точке коровника возникают стрелки, указывающие направление воздуха. По идее, можно бы использовать свечи, и следить за направлением пламени. Но ведь не поставишь тысячи свечей в разных местах! А ИКР требует именно этого — в любой точке и одновременно. Можно заполнить коровник дымом, который будет двигаться по ветру, но в дыму ничего не видно!

Вот вам и противоречие. Нужно запустить в коровник нечто, которое должно быть везде (чтобы видеть направления воздушных потоков), и которого не должно быть нигде (чтобы воздух оставался прозрачным, и можно было бы вести наблюдения). Решение оказалось очень простым. Попробуйте найти его сами.

ВИНТ ДЛЯ КАРЛСОНА

Все, что существует в мире, подчиняется законам природы. Есть законы и у истории, хотя, похоже, не такие простые, как учили нас классики марксизма. И, безусловно, есть законы, определяющие развитие техники. Эдисон придумал телефон не потому, что только так мог проявить свой талант. Почему он, например, не изобрел космическую ракету? Вполне мог бы, учитывая многовековой опыт китайцев. Но — не изобрел. Потому что, оказывается, технические системы развиваются по определенным законам. ТРИЗ — теория решения изобретательских задач — утверждает, что каждая техническая новинка в своем развитии проходит четыре этапа.

Первый — поиск конструкции. Вот появился автомобиль. Сначала это была та же карета, но с мотором. Потом стали думать: каким должен быть у автомобиля кузов, каким — шасси, как расположить двигатель, как скомпоновать сидения в кабине. Наконец кое-как с внешним видом справились, и начался этап номер два — улучшение деталей. Да, мотор должен быть под капотом, но какой именно мотор? Дизельный, внутреннего сгорания? А, может, электрический или паровой? А колеса — их четыре, но как их лучше расположить?..

Третий этап — динамизация. Очень важный этап в развитии любого изобретения. И потому в РТВ — курсе по развитию творческого воображения — есть множество задач, в которых требуется сделать динамичным, меняющимся то, что, казалось бы, меняться никак не может. И в фантастике, кстати, много любопытных идей, использующих прием динамизации. Вспомните интересный рассказ Р.Шекли "Форма". Идея — инопланетяне вовсе не имеют какой-то одной определенной формы, они динамичны, могут сейчас выглядеть как стая волков, а минуту спустя — как плывущие в небе облака… Или роман В.Савченко "Открытие себя" — человек меняет свое тело, свою внешность так, как ему хочется.

Между прочим, идея вполне здравая и полностью соответствует теории развития систем (ведь и человек — система, пусть и природная). Судите сами — сначала, в процессе эволюции (или по воле Творца, если угодно), человек заполучил определенную форму — туловище, руки, ноги, голову… Это этап номер один. Потом каждую "деталь" стали подгонять друг к другу — исчез хвост (лишняя деталь!), увеличился рост, был, говорят, у человека и третий глаз, который впоследствии зарос…

Добрались мы до третьего этапа в эволюции — до динамизации. Природа слишком медлительна, а Творец, судя по всему, с законами развития систем не знаком. Значит, полагаться нужно на себя…

Помните, рассказывая о противоречиях, я приводил в пример историю появления на самолетах убирающегося шасси? Вот классический пример системы на третьей стадии развития — на стадии динамизации. Убирающееся шасси — меняющийся элемент. А складывающиеся крылья? А меняющаяся форма носа у сверхзвуковых лайнеров Ту-144 и "Конкорд"? Все закономерно, и — уверяю вас! — недалеко время, когда самолет будет в полете изменять длину фюзеляжа или число двигателей: например, взлетит из Москвы гигант на 1000 мест с 8 двигателями, а в дороге, где-нибудь над Парижем, часть корпуса с моторами отделится и совершит посаду, а "остаток" продолжит лететь до Нью-Йорка. И это предсказание вполне надежно, потому что основано на знании закона развития технических систем.

Лет двадцать назад на одном из судостроительных заводов, выпускавших катамараны — корабли с двумя корпусами — возникла проблема. Для морей нужны были катамараны с широко расставленными корпусами (чтобы уменьшить качку). А для рек, наоборот, нужно было, расположить корпуса поближе друг к другу — иначе в узкой речке судно попросту застрянет. Решили выпускать два типа судов — для морей и для рек. Но разве это верное решение? Нет, и со временем пришли к идее — выпускать один тип катамаранов: с раздвижными корпусами. В реке два корпуса прижаты друг к другу почти вплотную, а выйдет судно в море, и корпуса расходятся… Динамизация!

Кстати, космические системы очень быстро перешли к третьей стадии развития — станция "Мир", к примеру, состоит из сменных блоков и модулей. И это прообраз будущих космических поселений, где секции будут менять местами, снимать для отправки на Землю, а форма поселения будет то бубликом, то шаром, то даже вовсе цилиндром…

А вот задача, которую, надеюсь, вы легко решите, пользуясь приемом динамизации. Когда была переведена на русский язык повесть А.Линдрен о Малыше и Карлсоне, дети, конечно же, захотели иметь Карлсона-куклу. И такие куклы появились в продаже — очень похожие и с пропеллером за спиной. У них был один недостаток — они не летали, для этого пропеллер был слишком мал.

Тогда стали выпускать Карлсонов с большими пропеллерами, и они летали как детские вертолеты. Но… пропеллер был втрое больше куклы — попробуй-ка поиграть с такой игрушкой!

Типичное техническое противоречие — одна кукла похожа, но не летает, а другая летает, но не похожа. Есть противоречие — значит, жди изобретения. А лучше — сделай изобретение самостоятельно. И прием есть — динамизация.

Кстати, на одной из фабрик детской игрушки именно таких Карлсонов и начали выпускать в конце семидесятых. Каких — таких?

Ответ за вами.

Часть 2

Как стать чайником

Чтоб вы не думали, что до появления теории решения изобретательских задач никаких правил фантазирования вовсе не существовало! Были, конечно — и правила, и закономерности. Но эпоху до появления ТРИЗ можно сравнить со временем, когда химики не знали периодической системы элементов. Ведь и до

Д.И.Менделеева открывали новые элементы, производили сложные реакции. А потом появилась ее величество Система, и все враз изменилось. То же самое произошло в изобретательстве с появлением ТРИЗ.

Как изобретали раньше? Много столетий существовал единственный метод — метод проб и ошибок. По-простому говоря, — метод тыка. Сделаем там.

Не получилось? Тогда этак. Опять не вышло? Ага, тогда мы его вот так… Так ли, этак ли, но, перебирая варианты, лет за десять удавалось решить техническую задачу, с которой специалист по ТРИЗ справляется за полчаса. Хорошо, если вариантов решения в принципе мало. Скажем, сколько существует способов выпить вино из бутылки, заткнутой пробкой? Вытащить пробку — раз. Протолкнуть в бутылку — два. Разбить горлышко — три. Все. За минуту перепробовал варианты, и проблема решена. А если вам нужно изобрести новый тип ракеты? Тут никто даже сказать не мог бы, сколько вариантов нужно перебрать. Тысячу? Сто тысяч? Этак и вся жизнь уйдет. И уходила, кстати, у многих…

И все же до тридцатых годов нашего века метод проб и ошибок был единственным и неповторимым. А в 1934 году американец Франц Цвикки придумал морфологический метод — это была еще не периодическая система, но уже кое-что. Вообще-то, если говорить точно, то Цвикки не был ни инженером, ни даже американцем. Он был швейцарским астрономом, но в начале тридцатых приехал работать в США. Он-то первым и начал систематизировать классический метод проб и ошибок. Решал он вовсе не инженерные задачи, а сугубо астрономические — он занимался происхождением космических лучей. И в 1934 году в соавторстве с Вальтером Бааде опубликовал статью, в которой предсказал существование нейтронных звезд и черных дыр. Для справки: нейтронные звезды были впервые обнаружены на небе только в 1967 году, а черные дыры еще через пять лет. Как же удалось Цвикки на четверть века опередить науку? С помощью придуманного им морфологического анализа (его называют еще методом направленной индукции).

Он рассуждал так. Если нам приходится, волей-неволей, перебирать разные варианты, то давайте хотя бы делать это систематически, а не наобум! Нужно составить большую таблицу, на одной ее оси записать все части и детали конструкции (или теории), а на другой оси все мыслимые варианты этих деталей. В этой таблице (ее называют еще "морфологическим ящиком") непременно окажется и тот вариант конструкции или теории, который вы ищете. Теперь-то вы можете не тыкаться носом наобум, а перебирать варианты по системе, экономя время, которое, как известно, деньги. И фокус в том, что в "ящике" непременно окажутся и такие варианты, которые вам в здравом уме и в голову не придут.

Известен такой анекдот. Знаменитый немецкий микробиолог Р.Кох работал в своей лаборатории возле сосуда, окутанного паром и дымом. В комнату вошел помощник. — Угадай, — обратился к нему Кох, — что здесь варится?

Ассистент перечислил все известные ему бактерии, но Кох отрицательно качал головой. Не дождавшись правильного ответа, он, смеясь, сказал:

— Да там же сосиски…

Вот прекрасный пример того, как психологическая инерция (а она неизбежный спутник "метода тыка") не позволяет разглядеть все возможные варианты. Метод, предложенный Цвикки, позволил это сделать. Когда началась Вторая мировая война, Цвикки был призван в армию. Поскольку он был, вообще говоря, иностранцем, на фронт его не послали, а засадили в какую-то тамошнюю "шарагу", которая разрабатывала ракетные двигатели. Естественно, методом тыка. Недолго думая, Цвикки построил "морфологический ящик" для ракетных двигателей. В "ящике" было не две оси, а целый десяток, а вариантов двигателей оказалось… 14586! Бери — не хочу. И брали, кстати.

Собственно, даже и сейчас, разработчики нового типа двигателя вполне могут отыскать его прототип в "морфологическом ящике" полувековой давности! Кстати, знаменитый метод "мозгового штурма", которым часто пользуются, когда нужно накидать как можно больше идей, есть всего лишь упрощенный вариант пресловутого морфологического анализа. Годится "мозговой штурм", если проблема не сложна, а решение нужно найти быстро.

В 1960 году американский изобретатель Уильям Гордон предложил еще один способ развития творческой фантазии — синектику.

Синектика — это модифицированный мозговой штурм. Главное отличие в том, что изобретатель должен, во-первых, непременно ответить на вопрос, как бы эту задачу решили сказочные персонажи (вспомните идеальный конечный результат в ТРИЗ, о котором мы уже говорили!), а во-вторых, изобретатель должен войти в образ объекта, о котором говорится в задаче, и начать рассуждать с точки зрения этого объекта! Уверяю вас, это очень даже непросто…

Однажды американский изобретатель Чарлз Кеттеринг создал проект легкого мотора, в котором стальные поршни были заменены алюминиевыми. Один из членов комиссии, обсуждавшей проект, решил, что изобретатель шутит. Ведь алюминий просто не выдержит нагрузок!

— Вы уверены? — спросил Кеттеринг.

— Конечно, ведь я раньше работал инженером!

— Допустим, — сказал изобретатель, — но я сомневаюсь в том, что вы работали поршнем в двигателе…

Надо полагать, что сам Кеттеринг, хорошо зная синектику, поршнем поработать сумел.

А вы, читатель, смогли бы представить себя, например, чайником? Попробуйте, проявите фантазию. Может быть, став чайником, вы придумаете, как усовершенствовать этот замечательный аппарат. Только не забудьте потом выйти из образа.

РАЗМЕРЫ — ВРЕМЯ — СТОИМОСТЬ

Все, надо полагать, помнят, повести Аркадия Гайдара, а кто не помнит, тому, возможно, и так знакома аббревиатура "РВС". За этими тремя буквами скрывались славной памяти Революционные военные советы.

В теории решения изобретательских задач есть свой РВС. Просьба, как говорят в таких случаях, совпадение считать чисто случайным, потому что ТРИЗовский РВС означает нечто совсем невоенное. Р — это всего лишь размеры. В — это всего лишь время. С — это всего лишь стоимость.

Оператор РВС — это серия вопросов, на которые должен ответить изобретатель, если он хочет, чтобы изобретение получилось хорошим. Мы-то пока ничего изобретать не собираемся, но и для решения задач на творческое воображение оператор РВС необходим не меньше, чем уже известные нам приемы уменьшения или, скажем, динамизации.

Вопрос первый: что получится, если размеры выбранного вами объекта уменьшить? Или, наоборот, увеличить?

Вопрос второй: что получится, если время действия выбранного вами объекта уменьшить? Или, наоборот, увеличить?

Вопрос третий: что получится, если увеличить или, наоборот, уменьшить стоимость выбранного вами объекта?

Вы помните главное условие пользования приемами фантазирования? Не просто увеличить или уменьшить, но непременно так, чтобы выбранный вами объект в результате и родная мать не узнала. Например, уменьшить размер… до нуля. А время действия — до бесконечности. Ну, и стоимость — соответственно. То, что вы получите в результате, окажется совершенно фантастично. А разве не к этому мы стремимся, развивая фантазию?

Вот задача. Убили человека. Убили из охотничьего ружья. Прошла неделя, и "подозрительное" ружье обнаружили. Но возник вопрос — как доказать, что из этого ружья стреляли именно неделю назад?

— Не знаю, — покачал головой эксперт, — ружье ведь почищено, даже следов нагара нет, зацепиться не за что…

Эксперт знал свое дело, но не знал оператора РВС.

Предположим, что время сжалось до предела. Не неделю назад стреляли из ружья, а минуту назад.

— Ну, тогда просто, — говорит эксперт. — Если стреляли минуту назад, то ствол будет еще чуть-чуть теплым. Но ведь прошла неделя, а не минута…

— Погодите! А если стреляли всего секунду назад?

— Ну, тогда ствол будет теплым даже на ощупь. Но ведь у нас…

— Терпение! Значит, по изменению температуры ствола можно сказать, когда был произведен выстрел?

— Можно, но не через неделю же!

— Хорошо, температурная память у металла слабая. Но неужели у металла нет другого вида "памяти", более длительного?

— Ну, — начинает соображать эксперт. — Каждому физику известно, что существует, например, магнитная память, но в данном случае…

Тут эксперт замолкает и надолго задумывается.

Пусть думает — это полезно. Задача-то взята из жизни, и реальный эксперт ее решил. Действительно, ствол ружья — это металл. А металл всегда чуть-чуть намагничен, ведь он находится в магнитном поле Земли. В момент выстрела, когда раскаленные газы бьют изнутри по стволу, металл мгновенно размагничивается. И чтобы нормальная намагниченность восстановилась, должны пройти три-четыре недели. За неделю намагниченность ствола восстановиться не успевает. Значит, нужно взять магнитометр, и… Так эксперт и поступил, определив, что из ружья стреляли именно неделю назад — не раньше и не позже.

А теперь задача на воображение. Давайте попробуем, пользуясь оператором РВС, придумать корабль XXI века. Совершенно новый корабль. Что за тысячи лет в кораблях изменилось меньше всего? Сначала были паруса, потом паровые машины, их сменили дизели. Менялось число палуб, размеры — все, что угодно. Кроме корпуса. Была коробка, и осталась коробка. Жесткая коробка обтекаемой формы. Помните, в прошлый раз мы говорили о разных стадиях развития технических систем? Так вот, корпус корабля — это вторая стадия. И за тысячи лет мы так и не передвинулись к третьей. Третья стадия — меняющийся корпус. Попробуйте на досуге придумать корабль с меняющимся корпусом.

А мы перейдем к задаче, более смелой. Помните, что такое идеальный конечный результат? Машина без машины, машины нет, а функции ее выполняются. Что такое идеальный корпус? Корпуса нет вообще, а функции его выполняются, корабль существует, плавает и перевозит грузы.

И вот на этой стадии подключим к делу оператор РВС. Допустим, корабль уменьшился, уменьшился — до размеров молекулы. Итак, есть молекула-корпус и в ней груз — отдельные атомы. Представьте себе эту картину (синектика!) и перенесите найденный принцип на обычный корабль… А если взять вторую часть оператора и уменьшать время взаимодействия? Чего именно? Ну, например, атомов в веществе корпуса корабля. Тогда… Тогда вещество корпуса из твердого тела превратится в жидкость, а жидкий корпус — это, извините, нонсенс!

Стоп! Вот на этом попадались очень многие изобретатели. Получали, бывало, интересное решение и говорили себе — да что вы, этого не бывает. И бодро проходили мимо изобретения.

Пусть корпус корабля будет жидким, раз уж этого требует использование оператора РВС. Возникает другая проблема — ведь жидкий корпус растечется, и… Нужно этот жидкий корпус поместить, например, в резиновые баллоны. Это уже лучше… Стенка корабля, собранная как бы из резиновых грелок. И это, господа, не смешно. Такие корабли действительно проектируются. Более того, как оказалось, шкура дельфина устроена примерно таким же образом, только, конечно, "грелки" там куда поменьше…

Но мы все говорили о размерах да времени действия. Но РВС — это еще и стоимость. Так вот возьмите и попробуйте решить задачи о ружье и о корабле, изменяя их стоимость? До предела увеличивая и до предела уменьшая…

ЗОЛОТО ПИРАТА

В изобретательской профессии множество хитростей. ТРИЗ объединяет их в единую систему, раскладывает по полочкам, и если изобретателю нужно решить какую-то задачу, он вовсе не перебирает все способы подряд, как это делали всего четверть века назад, во времена синектики или морфологического анализа. Он открывает книжку по ТРИЗ и ищет, как решаются аналогичные задачи. Кстати, и развивать фантазию так удобнее. Скажу больше — идеи, придуманные фантастами, знающими методы ТРИЗ, смелее и "дальнобойнее".

Одна из множества изобретательских хитростей: решая задачу, используйте внутренние ресурсы. Помните знаменитую "бритву Оккама" — не изобретай сущностей сверх необходимого? Шесть веков этому золотому правилу, которого обязан придерживаться любой ученый и которого терпеть не может ни один поклонник таинственного. Что оно означает? Если вы вечером увидели в небе яркий свет, не торопитесь кричать, что идет на посадку корабль пришельцев! Скорее всего, это уличный фонарь. Нет? Тогда Луна. Тоже нет? Тогда, скорее всего, осветительная ракета. Не ракета? Что ж, возможно, это некое атмосферное явление… И так далее — от простых объяснений к сложным.

Применительно к изобретательству это означает — если вы нашли техническое противоречие, не нужно сразу изобретать идеальную машину. Давайте постепенно. Давайте обходиться тем, что уже есть в наличии. Кстати, тогда вас лучше поймут те, кому вы свое изобретение будете предлагать. Если вы пришли к господину Джонсону, производителю водопроводных кранов, и сказали, что ходите предложить совершенно новую модель крана, и нужно вложить только миллион долларов, переоборудовать производство и прибыль потечет рекой, как по-вашему, побежит ли господин Джонсон в банк снимать со счета деньги? Не побежит. А вот если вы придумаете, как получить прибыль, практически ничего не меняя… Для этого, кстати, нужно хорошее воображение.

Думаю, что все вы видели цирковой номер: укротитель кладет голову в пасть льву. Достаточно льву сжать челюсти… Но он этого не делает. Почему? Боится хозяина? А чего бояться, если хозяин останется без головы? Нет, здесь объяснение иное. Какие только ответы не предлагают на занятиях по развитию воображения: лев сыт (и что, ему поэтому не хочется закрыть пасть?), лев хорошо дрессирован, лев сонный из-за действия лекарств, дрессировщик вставляет в пасть распорку, на шее дрессировщика бронированный ошейник, выкрашенный под цвет кожи… Кто-то даже предположил, что лев… управляется по радио! И все оказались неправы, потому что нарушали "принцип Оккама". В каждом объяснении был лишний элемент: ошейник, пища, лекарства, распорка, даже радиопередатчик. Ничего этого не нужно!

Дрессировщик использует только то, что уже есть под рукой: засовывая голову в пасть хищника, он одновременно наворачивает губы льва на его же зубы. Теперь лев просто не может сжать челюсти — ведь тогда ему придется прокусить собственные губы! Вот отличный пример использования внутренних ресурсов.

Кстати, правило это известно давным-давно. Правда, пользовались им чаще всего по чистой случайности, перебирая разные варианты "методом тыка". Как-то французские королевские солдаты схватили известного пирата Сюркуфа. На допросе его спросили — где он прячет награбленное золото. "С собой вожу", — ответил Сюркуф и был наказан за беспримерную наглость. И лишь через несколько веков (!) обнаружилось, что пират говорил правду. Стали чистить якорь на старом пиратском фрегате (хотели поставить корабль в музей) и обнаружили, что под слоем железа находится… чистое золото! Сотни килограммов золота. Не было ни таинственного острова, ни пещеры с кладом. Пират сделал отличное изобретение — использовал ресурсы собственного корабля, приспособил награбленное золото к делу.

Аналогичным образом поступали и в более древние времена, например, в Греции. В Афинском Парфеноне стояла гигантская статуя Афины, которой ежедневно молились жрецы. Но у статуи было и другое назначение — она служила золотым фондом государства. Афина была сделана из золота и слоновой кости. На ее изготовление ушел весь золотой запас страны…

Примером блестящего воображения может служить всеми любимый роман Жюля Верна "Таинственный остров". Инженер Сайрус Смит ТРИЗа не знал, но правилом ресурсов пользовался постоянно. К примеру, что он сделал, когда перегруженный воздушный шар начал падать? Его спутники утверждали, что балласта больше нет, сбрасывать за борт нечего. "А это?" — спросил инженер, показывая на мешок золота. Что ж, бывают ситуации, когда и золото становится балластом. А на острове, когда нужно было разжечь огонь, разве не Сайрус Смит соорудил "огниво" из стекол пары наручных часов, воды и глины?

Когда экипаж "Аполлона-11" должен был стартовать с Луны, возникло осложнение. У выключателя зажигания отломался рычажок (случайно повредили ранцем, когда возвращались в тесную кабину), и запустить двигатель оказалось невозможно. Доложили на Землю. В Центре стали думать, можно ли включить двигатель, не пользуясь ключом зажигания. Долго думали, а астронавты ждали… Наконец, кто-то предложил: вставить в обломок рычажка стержень шариковой ручки и воспользоваться им как рукояткой. Идея оказалась правильной, и астронавты покинули Луну…

Посмотрите вокруг, и вы наверняка увидите, что постоянно пользуетесь изобретательским приемом "использование ресурсов". Если ваш сын посещает кружок каратэ, то он знает — сражаясь с двумя противниками, нужно не искать, чем бы прикрыться, а использовать в качестве прикрытия одного из нападающих. Пусть они мешают друг другу…

Попробуйте решить задачу. Вы, конечно, знаете, что мыло в ванне тонет. А как сделать, чтобы мыло плавало? Предложение должно быть очень простым и не содержать никаких "лишних" деталей. У вас есть мыло, вот его и используйте.

КАК ПОЙМАТЬ РЫБУ

Сделаем вторую остановку в нашем воображаемом марафоне. Вот решения нескольких последних задач.

Начну с задачи о коровнике. Напоминаю условие: некий "директор коровника" захотел узнать, хороша ли вентиляция во вверенном ему учреждении. Лазить с прибором по углам и подниматься под потолок? Несерьезно. Заполнить коровник дымом, как предложил один из вызванных директором экспертов? Да, дым покажет направление воздушных потоков, но ведь дым непрозрачен — как сквозь него разглядеть, куда дует ветер под потолком?

В свое время эту, вполне реальную, задачу решили пионеры, прислав предложение в "Пионерскую правду", где автор ТРИЗ Г.Альтшуллер вел страничку под названием "И тут появился изобретатель". "Нужно запустить в коровник, — было написано в письме, — мыльные пузыри, много мыльных пузырей. Пузыри летят по ветру, и это вам не дым, они ведь почти прозрачны. Вы сможете увидеть и те пузыри, что летят под потолком, и те, что летят низко над полом. И сможете зарисовать где и куда дует ветер."

А что? Хорошая и красивая идея. Так и сделали.

Вторая задача — о Карлсоне. Напоминаю: если сделать кукле-Карлсону маленький и красивый винт за спиной, игрушка, естественно, летать не сможет. А если сделать большой винт, чтобы Карлсона можно было запустить, как детский вертолет, то играть с такой игрушкой окажется невозможно. Как быть? Очень просто — используйте прием динамизации. Нужно, чтобы в обычном состоянии винт был маленьким. А если вы захотели игрушку запустить в воздух, нажимаете на рычажок, винт увеличивается раз в пять, и — вперед! Именно такие Карлсоны, кстати, выпускались в конце семидесятых годов одной из московских фабрикигрушек. А изобретатель динамичного Карлсона, между прочим, получил авторское свидетельство.

Задача третья — о том, как сделать, чтобы мыло в ванне не тонуло. А собственно, почему мыло тонет в воде? Потому, что в мыле есть множество воздушных "пор", канальчиков, и, если положить мыло в воду, вода сразу проникает в эти "поры", заполняет их, вот мыло и тонет. Отсюда и решение — нужно закупорить "поры", замазать их, или просто выпускать мыло без "пор". И оно не будет тонуть! Другие задачи однозначного решения не имеют — это ведь задачи на фантазирование. Тут уж кто как может… К примеру, предложил я читателям одной газеты вообразить себя чайником. И, используя методы синектики, разобраться, можно ли усовершенствовать такой простой прибор. Надо сказать, что многие читатели в образ чайника вошли легко. Выйти оказалось гораздо труднее — один читатель, например, никак не мог вообразить себя в момент кипения. Это что-то вроде оргазма? — спрашивал он. Не знаю, возможно, это уж у кого как. Лично у меня в момент закипания возникает желание громко закричать, потому что пузырьки пара распирают, знаете ли… И не так ли возникла когда-то идея чайника со свистком? А один изобретатель, так вот войдя в образ, придумал пристроить к закипающему чайнику машинку для точки ножей. Почему нет? И чаю выпил, и ножи поточил. А была у нас еще задача о корабле. Точнее, о том, что получится, если применить оператор РВС — изменить стоимость корабля. Сначала уменьшим стоимость до нуля. Бесплатный корабль! Попросту это означает, что кораблем должно стать то, что есть под рукой, то, что ничего не стоит. Дерево. Бесплатный корабль — плот. И такое решение пришло в голову человеку давным-давно.

Противоположный случай — увеличим стоимость корабля до… ну, скажем, до миллиарда долларов. Кстати, такие дорогие корабли есть. Только не морские, а космические. Вот и решение. Ведь после каждого старта на землю или на воду падают отработанные баки, где было ракетное топливо. Их подбирают и… пускают на переплавку. А почему не использовать эти дорогие баки вторично — например, перевозить в них по морям сырую нефть? Или что-нибудь более безопасное. Конечно, это не единственные варианты решений — попробуйте придумать другие. А заодно решите-ка еще две задачи. Они просты — нужно только вспомнить те приемы развития воображения, о которых мы уже говорили и которыми уже пользовались. Первая задача — о древней и дорогой этрускской вазе. Такая ваза стояла в одном итальянском музее. И какие-то "плохие люди" захотели вазу украсть. Вывезти ее за пределы страны без документов было невозможно. Получить документы незаконным путем тоже не удалось. И все-таки, вазу украли и вывезли, причем по неподдельным документам — на таможне ни к чему не смогли придраться. Как это было сделано? Задача вторая — для рыболовов. Как-то ученые установили, что рыба лучше берет наживку, если видит, что к наживке стремится другая рыба. Вот вам конкуренция даже в холодном рыбьем мире! Если кто-то хочет оттяпать твою добычу, нужно его опередить. И рыба мчится к наживке, чтобы схватить первой.

Все это хорошо, но где взять "конкурента"? Пробовали, например, прикрепить рядом с наживкой муляж рыбки. Муляж, естественно, не двигался, и рыбы не обращали на него (и на наживку) никакого внимания. Не прикреплять же к наживке самодвижущуюся модель — и дорого, и рыб так скорее распугаешь, чем привлечешь! Однако задача была решена, причем очень просто. Есть соответствующий американский патент. Даю подсказку. Нужно разрешить противоречие: рыба-конкурент есть, и, в то же время, ее нет.

ИЗМЕНИТЬ НЕИЗМЕННОЕ

Решая изобретательские задачи, нужно, конечно, иметь богатую творческую фантазию, в чем мы уже успели убедиться. Но еще более богатое воображение должны иметь авторы фантастических произведений. Это и понятно — изобретатель вынужден думать о том, как ему воплотить идею в металл или пластмассу. Писателю эта "мелочь" не мешает. По идее, не должна она мешать и нам — мы ведь пока лишь тренируем воображение, и, если по ходу дела щелкаем изобретательские задачки, то исключительно ради удовольствия.

Так вот, есть у фантастов свои приемчики, которыми изобретатели не пользуются — слишком уж эти приемчики сильны. Например, такой: если какое-то свойство предмета или явления кажется вам совершенно неизменным, — возьмите и измените. Фантасты очень любят этот прием. Самое удивительное, что, в конце концов, оказывается, что идеи, придуманные фантастами и казавшиеся в момент опубликования просто бредовыми, лет через десять или сто осуществлялись-таки практически без изменений! Из чего следует простое заключение: то, что кажется абсолютно неизменным сегодня, не будет таковым завтра!

Хотите пример? Пожалуйста — астроинженерная деятельность. Вполне научный термин, астроинженеров пока нет, но в том, что они появятся, не сомневаются сейчас и скептики. Астроинженерная деятельность — это переделка небесных тел: астероидов, планет и даже, страшно написать, звезд и (черт побери!) галактик.

К области астроинженерной деятельности ("изменить неизменяемое") относится, например, переделка климата планет — прежде всего Марса и Венеры. В 1961 году Карл Саган предложил распылить в атмосфере Венеры простейшие водоросли, которые перерабатывают углекислый газ в кислород. Аналогичным образом было предложено (автор проекта М.Д.Нусинов) изменить и климат Марса.

Но ведь на самом деле обе эти идеи пришли из фантастики! Еще в тридцатых годах герои романа Олафа Степлдона "Последние и первые люди" начали создавать на Венере кислородную атмосферу. Впоследствии к этой задаче обращались герои "Большого дождя" П.Андерсона, "Плеска звездных морей" Е.Войскунского и И.Лукодьянова и др. Фантасты не только ставили проблему, но в ряде случаев предлагали и конкретные способы ее решения (в том числе и использование водорослей).

Проблема преобразования климата холодной планеты поставлена в рассказе М.Лейнстера "Критическая разница" (1959 год). Энергию для жизни колонисты черпают из ионосферы своей планеты. Чтобы сделать ионосферу более мощной (прием увеличения!), запускают туда облако из металлических паров калия, натрия и цинка. Эти металлы значительно легче, чем атмосферные газы, они легко ионизуются излучением звезды. В верхних слоях атмосферы создается ограниченный район, насыщенный ионами металлов, эффективность воздействия излучения звезды увеличивается и обеспечивается дополнительный приток энергии. Все очень просто… если с самого начала не говорить себе "ах, да разве можно изменить климат целой планеты".

Перечисленные идеи, впрочем, не затрагивают самых неизменных свойств того или иного объекта. Идеи изменения климата планет, в принципе, можно было получить, пользуясь обычным приемом увеличения. Изменение неизменяемого — это идеи, касающиеся, например, изменения мировых постоянных, а также управления процессами, которые считаются неуправляемыми в принципе. В качестве примера можно привести управление тяготением. Ученые и сейчас считают, что это невозможно. Но разве это мешает фантастам создавать интересные произведения? Первым был Герберт Уэллс, который в романе "Первые люди на Луне" изобрел вещество "кейворит", которым можно запросто отгородиться от поля тяжести. А вот назвать последнего — неразрешимая задача, в наши дни тяготением не управляет лишь самый ленивый фантаст…

А есть ведь в фантастике еще управление разбеганием галактик ("Порт Каменных Бурь" Г.Альтова), управление процессами зарождения жизни на планетах ("Великая сушь" В.Рыбакова), изменение мировых постоянных — скорости света и постоянной Планка ("Все законы Вселенной", "Крутизна", "Бомба замедленного действия" П.Амнуэля).

Но давайте вернемся на Землю. Разве здесь нет ничего, что выглядит неизменным? Вспомним о законах биологии! Они неизменны на протяжении миллионов (если не миллиардов) лет. Ну, так давайте их изменим, придумаем разумную жизнь иного типа. Так поступил Клиффорд Саймак в романе "Город" — он "создал" на Земле цивилизацию… псов, которая придет на смену нашей, человеческой, цивилизации. И выдумка эта была настолько убедительно аргументирована, что не всякий биолог возьмется спорить с фантастом.

А идея симбиотической цивилизации в романе Станислава Лема "Эдем"? А его же "механические мушки" в "Непобедимом"? С.Лем, надо сказать, очень любил в своих произведениях изменять самые неизменные объекты, события и свойства. Он понимал, что это — сильный прием, и идеи возникают сильные.

Теперь — задание. Оглянитесь вокруг. Подумайте: что в вашем окружении кажется абсолютно, совершенно неизменным? Что, по вашему мнению, менять невозможно, или бессмысленно, или запрещено? Проведите мысленный эксперимент — измените! Можете использовать любой из приемов, которые мы уже знаем: увеличения, уменьшения, динамизации… Мир, который вы придумаете, будет странным или даже вовсе невероятным. Неважно! В конце концов, вся наша цивилизация возникла из невероятной идеи: создать живое из неживого…

НА ПАРУСАХ — К ЗВЕЗДАМ!

Мы говорили о том, как с помощью воображения изменять то, что изменению не поддается. Например, вместо тяготения создать силы отталкивания, чтобы летать по воздуху. А чтобы было легче с проблемой, расскажу еще об одном приеме развития воображения, который очень любим фантастами. Это — прием вынесения, его называют еще приемом "отделения функции от объекта". Заключается прием в следующем: нужно отделить от объекта одно из его главных свойств. Или наоборот — приписать данному объекту свойство совершенно другого объекта.

Хотите пример? Пожалуйста. Фантасты, в основном, специализировались на космических полетах. Вот и поговорим о космических кораблях. Они должны иметь двигатели (ведь это транспортное средство) и создавать условия для жизнедеятельности экипажа (в сущности, выполнять функции огромных скафандров). А теперь отделим от космического корабля эти два его основных качества. Отделив от корабля свойство, создавать условия для жизни экипажа, мы получим всего лишь корабль-автомат, которым управляет экипаж, находящийся на Земле. Это давно не фантастика. Достаточно вспомнить советские "Луноходы", да и любой спутник или автоматическая межпланетная станция принимают и выполняют команды с Земли.

Радиоуправляемые ракеты появились в сороковых годах, радиоуправляемые космические аппараты — несколько позднее.

На страницах же научной фантастики радиоуправляемая ракета, летящая к Луне, была впервые описана Д.Шлосселем в рассказе "Лунный курьер" (1929 год). А двумя годами раньше на страницах рассказа В.Левашова "КВ-1" стартовала неуправляемая автоматическая ракета с кинокамерами на борту. Это сейчас нам такая идея кажется простой, естественной, не требующей фантазии. Но в те давние годы для того, чтобы представить космолет без экипажа, нужно было обладать немалым воображением! Почему, скажем, автоматические космолеты не были описаны еще в прошлом веке? Жюль Верном, например. Ну, радио тогда еще не было, но можно было придумать какое-нибудь автоматическое устройство (фантазия-то на что?). Нет, не придумали. Никому в голову не приходило, что от космического корабля (или от простого корабля, или от подводной лодки) можно отделить такое, совершенно, казалось, неотъемлемое свойство, как присутствие на борту человека. Что тогда говорить о двигателе? Если не могли представить корабль без экипажа, то вообразить космолет без двигателя и сейчас не всякий сможет. Летать-то как? На честном слове?

Почему же? Прием "отделить функцию от объекта" не говорит, что функция исчезает вовсе. Просто ее перемещают в другое место. Ну, скажем так: корабль летит в космосе, а его двигатель… стоит на Земле. В 1896 году французские фантасты Жак Ле Фор и Антуан де Графиньи опубликовали повесть "Вокруг Солнца". Повесть как повесть — о похищениях и погонях в космосе, о прекрасных женщинах и смелых мужчинах. Куда летали герои — не так уж важно. Важно — каким образом.

П.Н.Лебедев лишь два года спустя после выхода повести начал свои опыты, которые еще через несколько лет привели к открытию давления света на твердые тела. А герои повести "Вокруг Солнца" поставили на Земле огромный прожектор, направили его луч на корму космического корабля, и давление света заставило корабль улететь в космос. Полет на острие светового луча в 1896 году был для науки таким же нонсенсом, как сейчас — вечный двигатель.

Современный читатель, конечно, улыбнется — ему-то ясно, что никакой прожектор не способен разогнать космический корабль. Даже легкий воздушный змей не сдвинется с места, если его поместить в луч самого мощного современного прожектора. Это верно. Однако важен принцип — французские фантасты абсолютно точно предсказали новое физическое явление, не известное ученым.

История на этом не закончилась, фантасты сказали только первое слово. Второе было сказано в 1913 году, когда русский писатель Б.Красногорский опубликовал фантастическую повесть "По волнам эфира", где описал первый космический парусник. Огромное, из очень тонкого материала, полотнище разворачивают в космосе. Это — парус. Он тут же наполняется ветром. Это — солнечные лучи. Конечно, их давление ничтожно, но ведь площадь паруса огромна, куда там до него бом-брамселям и стакселям чайных клиперов!

Прошли десятилетия. В шестидесятых годах были изобретены лазеры, и фантасты сразу вспомнили об идее Ж. ле Фора и А.Графиньи. Действительно, если обычный прожектор не сдвинет с места и комара, то сверхмощный лазер способен даже многотонный звездолет разогнать до субсветовой скорости! Это и происходит в рассказе Г.Альтова "Ослик и аксиома". Рассказ был опубликован в 1966 году, и фантаст, как обычно, оказался на несколько лет впереди науки. Пять лет спустя к той же идее пришел и советский физик А.Канторовиц — он предложил использовать лазеры для выведения на орбиту тяжелых искусственных спутников. А еще через два года группа физиков из Института имени П.Н.Лебедева дополнила эту идею конкретными расчетами. О рассказе Г.Альтова, конечно, никто из них не вспомнил… Как и о приеме — "отделить функцию от объекта".

На морях парусники сменились пароходами. В космосе, похоже, будет наоборот — изживут себя ракеты, и настанет век путешествий под парусами. В паруса будет "дуть" свет Солнца или лазера, стоящего на Земле. И прозвучит команда "Поднять стаксель!". А смелые мужчины, уже описанные фантастами, будут любить прекрасных женщин. Потому что это так романтично…

Что ж, космический корабль без человека мы видели. Космический корабль без двигателя мы себе представили. А вот есть у человека такие свойство — вредность. Или скупость. А еще — зависть. Да мало ли у нас замечательных качеств, к которым хорошо подошел бы прием "отделить функцию от объекта". Попробуйте сделать это — для начала в воображении…

ПОСТРОИТЬ МОДЕЛЬ

Вселенная — очень сложная штука. Говорят даже, что бесконечно сложная. Да что Вселенная: обычный самолет разве прост? Или корабль? Все в этом мире сложно, и потому, когда ученые или инженеры берутся за разгадку тайны или за новую конструкцию, они создают модель того, что собираются исследовать. Для простоты. Упрощают сложное, чтобы понять, как оно устроено.

Казалось бы, при чем здесь развитие воображения? Разве нужна фантазия, чтобы придумать модель? Представьте себе! Попробуйте соорудить модель такой, сравнительно простой, вещи, как, скажем, чайник, и сами убедитесь — без фантазии ничего не выйдет…

Ученые моделируют природу, чтобы понять ее. Инженеры строят модели технических устройств. А фантасты? Многие фантастические произведения — это мысленные модели общества или мира, физически и биологически отличного от земного прототипа.

Моделируя миры, фантасты часто пользуются идеями частной и общей теорий относительности, которые выглядят фантастическими даже если не изменять их с помощью приемов фантазирования. Хотите пример, который редко приводится в популярных изданиях? Вы, верно, думаете, что, если масса и размеры какого-то тела постоянно увеличиваются, то и площадь его поверхности должна расти? Верно, говорит теория относительности, — но до некоторого предела. А потом все идет наоборот! Масса растет, размеры растут, а поверхность… уменьшается! При достаточно большой массе система может вовсе исчезнуть! На основе этого вывода общей теории относительности советский физик М.А.Марков предположил, что может существовать мир, находящийся на самой грани исчезновения для внешнего наблюдателя. Воспринимается такой мир как элементарная частица с массой в миллионную долю грамма и размерами, в миллиард миллиардов раз (!) меньшими, чем размер электрона. Между тем, такой объект "фридмон" может заключать в себе целую Вселенную с галактиками, звездами, планетами.

Нужна фантазия, чтобы придумать такую странную модель? А ведь в фантастической литературе подобные идеи появились даже раньше, чем была сформулирована общая теория относительности! В 1912 году Р.Кеннеди в романе "Тривселенная" утверждал, что атомы — это замкнутые вселенные со всеми свойствами той единственной огромной Вселенной, которая открывается нам в мире звезд и галактик.

Фантастическая модель опередила научную…

Фантастические модели тесно связывают друг с другом микромир и мегамир.

Проникнуть к границам Вселенной можно, двигаясь вглубь атома (прием "наоборот": если нужно двигаться в даль Вселенной, отправляйся в противоположном направлении — в глубь атома!). Бомбардируя элементарные частицы, мы изменяем свойства квазаров в нашем же мире. А для того, например, чтобы справиться с палестинским террором, может быть, и нужно-то всего-навсего — подвергнуть бомбардировке электронные оболочки в атомах скандия… Так получается из фантастической модели Вселенной, и, не исключено, что это — не простая игра воображения.

Есть в фантастике произведения, герои которых не только рассуждают о тайне какой-нибудь черной дыры, но даже проходят "сквозь" нее. Именно таким путем попадают в другие вселенные персонажи романа П.Андерсона "Время: нуль" (1971 год). Между тем, в науке точно такая же модель появилась только через два года — предложил ее советский астрофизик Н.С.Кардашев…

После того, как человечество столкнулось с экологическим кризисом, после того, как люди поняли (впрочем, точно ли — поняли?), что вмешиваться в природные процессы неразумно, фантасты задумались: что может произойти, если мы начнем не только вырубать леса, но и передвигать планеты? А если мы научимся не только передвигать планеты, но даже… менять законы природы?

Чтобы разобраться в этой проблеме, фантасты строят модели, и разве у них есть иная возможность понять суть дела? Вот первая модель. Она утверждает, что, если мы научимся менять какие-нибудь законы природы, то только потому, что будем пользоваться другими законами, нами еще не познанными: среди законов природы могут быть такие, которые регулируют познание и изменение других законов. Вселенная в этой модели представляется чрезвычайно стабильной системой, исправляющей все, что может "испортить" в ее механизме человек. Эта ситуация метафорически описана в повести А. и Б.Стругацких "За миллиард лет до конца света" (1976 год).

Вторая модель утверждает, что законы природы не появились сами по себе, это следствие астроинженерной деятельности разумов — не одного, но многих сразу. В "Новой космогонии" (1971 год) С.Лем исследует ситуацию, когда современные законы природы являются результатом "игры" сверхцивилизаций.

Если бы создаваемые модели мира ограничивалась только формальными изысканиями в области фантастического конструирования, их ценность для литературы была бы невелика. Фантаст логически последовательно создает ситуацию, настолько парадоксальную, что мысль читателя не может бездействовать. Вы или откладываете книгу в сторону (если вообще не желаете дать себе труд подумать), или начинаете мысленно возражать автору. А ему того и надо!

Я рассказал о том, какими бывают фантастические модели, но не объяснил, как такие модели строить. А очень просто! Вы уже знаете почти десяток приемов фантазирования. Вы уже знаете прием "изменить неизменяемое". Знакомы с приемом вынесения. Значит, воображаемые модели вы строить умеете, даже если еще не подозреваете об этом. Вот рецепт. Возьмите, скажем, российскую Думу. Отыщите самое неизменное ее свойство. Отделите от объекта. Пусть Дума останется без самого главного, самого неизменного… А потом используйте приемы. Получится не просто фантастический парламент. Уверяю вас, среди множества созданных вами моделей окажется и такая, о какой потом будущие политики скажут: "да как же мы раньше не догадались?" И не могли догадаться — какое у политиков воображение…

НУ, ПОМЕДЛЕННЕЕ, КОНИ…

Среди множества приемов, о которых мы уже говорили и о которых еще поговорим, есть такие, о каких даже не подумаешь, что их можно использовать для развития воображения. Был еще в тридцатых годах такой лозунг у авиаторов "выше, быстрее, дальше". Ну, чем не подспорье для фантазии? Выше — помните, мы говорили о дереве, растущем в космос? Дальше — типичный прием увеличения. Все дело в том, что в слова эти никто и содержания-то никакого не вкладывал.

Например, в слово "быстрее". Ну, понятно, что самолеты должны летать быстро, а "наши" быстрее "ихних". И все? С точки зрения социалистического лозунга — да, все. А с точки зрения фантастики?

Есть такой прием — ускорение: выбрать объект или процесс и ускорить его действие до такой степени, чтобы возникло новое качество. Это самое главное, вы не забыли? Изменять объект нужно до появления качественно новой идеи.

Есть вполне классические примеры — в фантастике, конечно.

Рассказ Герберта Уэллса "Новейший ускоритель" — герой выпивает некий препарат, и все процессы жизнедеятельности в организме ускоряются во много раз. Он все делает так быстро, что окружающий мир для него как бы застывает. Люди, подобно черепахам или улиткам, медленно-медленно переставляют ноги — герой рассказа успевает пройти целый квартал, прежде чем кто-нибудь другой делает шаг. Скоро он замечает, что на нем начинает тлеть одежда — он (на самом-то деле!) двигается так быстро, что от сопротивления воздуха нагревается до высокой температуры! Ему кажется, что он медленно прикасается пальцем к металлу — на самом деле это происходит так быстро, что палец может сломаться…

В рассказе И.Росоховатского "Загадка 'Акулы'" также шла речь об ускорении жизнедеятельности, но не у человека, а у бактерий и вирусов. Фантастические вирусы жили так быстро, что становились попросту невидимы для глаза — даже в электронный микроскоп. И лишь съемка, ускоренная в миллионы раз, позволила разглядеть эти вирусы и победить страшную болезнь.

В применении к космонавтике прием ускорения позволил довести скорость звездолетов до субсветовой, а потом — и до сверхсветовой. Заметьте: теория относительности запрещает двигаться со сверхсветовыми скоростями. Теория-то запрещает, но ведь прием ускорение, наоборот, требует — ускоряй! Так вот, упражняясь в фантазировании, нужно заставить себя наплевать на любые теории. Ведь нам нужна качественно новая идея, а как мы ее получим, если будем оглядываться на теоретические запреты? Впрочем, я вовсе не призываю вас и в реальной жизни не считаться с теориями и законами. Наоборот: научившись фантазировать, начинаешь смотреть на всякие теоретические запреты новыми глазами.

Впрочем, фантасты предлагают и альтернативные варианты, не "обижающие" теоретиков. Если звездолетам всегда суждено (как утверждает теория относительности) двигаться медленнее света, то прием ускорения требует увеличить скорость света. Идею ускорения света в импульсном режиме предлагает герой рассказа Г.Альтова "Полигон "Звездная река"" (1960 год). А в рассказе П.Амнуэля "Все законы Вселенной" (1968 год) увеличение скорости света есть следствие более общей идеи об изменении законов природы.

Между прочим, это очень важно: если что-то у вас не получается с объектом, изменяйте не сам объект, а окружающую его среду! Если ваше подсознание противится идее движения звездолета со сверхсветовой скоростью, так оставьте в покое звездолет, а меняйте скорость света. Миллиард километров в секунду — вполне достаточно. Тогда, не нарушая правил теории относительности, вы (пока — только мысленно) сможете долететь до Альфы Центавра за считанные дни…

Но, если есть некий прием, то, как мы уже знаем, должен существовать и антиприем. Если существует прием ускорения, то есть и прием замедления. Вы, наверно, читали в детстве рассказ А.Беляева "Светопреставление" — о том, как неожиданно скорость света замедлилась и стала равна всего двум-трем метрам в минуту… Ваш собеседник сделал движение рукой, а вы увидите этот жест лишь минуту спустя. За эту минуту вы сможете наощупь определить, машет руками ваш "визави" или стоит неподвижно. В результате возникают головокружительные ситуации и приключения, и надо сказать, что А.Беляев не "выжал" из идеи максимума — можно было закрутить сюжет и покруче…

Попробуйте сделать это сами. Вечером, придя с работы, не садитесь перед телевизором, а возьмите лист бумаги и придумайте мир, в котором скорость света замедлилась до… скажем, пяти сантиметров в минуту. Или — скорость звука стала равна двум метрам в час. Или — мир, в котором ни одно живое существо не может двигаться быстрее, чем черепаха. Или наоборот — опишите-ка мир, в котором ни одно живое существо не способно двигаться… медленнее реактивного самолета! А уж стоять на месте — это смерть. Кстати, в фантастике такой мир еще не описан. Ваше описание будет первым. Постарайтесь, чтобы оно было еще и интересным.

Часть 3

Этажи воображения

Неплохое воображение у писателей-фантастов (впрочем, не у всех).

Между тем, как мы уже видели, большинство фантастических идей придумано по вполне стандартным приемам. Есть приемы простые, мы о них говорили. Есть приемы посложнее. Например, "этажная схема", придуманная писателем-фантастом Г.Альтовым.

Как взобраться на "этажи воображения"? Выберем объект, развитие которого мы хотим спрогнозировать. Например, космический скафандр. И спросим себя: а для какой цели он существует? Скафандр необходим, чтобы оградить человека от влияния космоса: от вакуума, жесткого излучения… Вот, что важно: выбрать объект и цель. Первый этаж — использование одного объекта (в нашем случае — скафандра). Это, конечно, давно не фантастика: достаточно вспомнить А.Леонова. Но заметьте: это не фантастика сейчас, а лет сто назад рассказ о том, как человек нацепил скафандр и вышел в космос, был точным предвидением!

Этаж второй — используется много скафандров. Например, люди расселяются в космосе, создаются "эфирные города", описанные К.Э.Циолковским. Но что такое "много"? Пятьсот? Или пятьсот тысяч?

А.Беляев в "Звезде КЭЦ" писал о космическом городе, где живут сотни человек. В "Туманности Андромеды" И.Ефремова в космосе обитают миллионы. А если человек победит-таки природу на Земле и вынужден будет переселиться в космос, то каждый из нас будет обладателем персонального скафандра. Или даже десятка — скафандр для работы, для прогулки, для посещения заповедника на Земле… Кстати, такой роман еще не написан, вполне прогностичная идея ждет автора. Возможны варианты: очень много скафандров, небольшое число скафандров… Скажем, наступят времена, когда выпуск скафандров будет количественно ограничен, производство скафандров свернется, когда их полное число достигнет, скажем, пятисот (или пятисот тысяч). Фантастическое допущение создает сюжетные коллизии (скафандр — редкость, за обладание им идет жестокая борьба) и позволяет на этом воображаемом полигоне проверить те или иные тенденции реальной космонавтики, но позволяет найти и нечто новое в характере героев.

А перед нами третий этаж: достижение той же цели, но без использования объекта (в данном случае — скафандра). Человек защищен от влияния космоса, однако, скафандра на нем нет. Если на первых двух этажах число объектов возрастало, то теперь произошел качественный скачок (вот, что труднее всего дается ученым-футурологам, вот где фантаст выходит вперед!). Нужно придумать качественно новую ситуацию, предсказать изобретение или открытие будущего. Третий этаж для объекта "скафандр" — киборгизация человека, создание разумных существ, соединяющих в себе лучшие качества человека и машины. Те части человеческого тела, которые, будучи искусственными, станут функционировать лучше данных нам природой, в будущем непременно будут заменены. В космосе не нужно дышать, и у будущих космических путешественников "ампутируют" легкие, заменив их более простым устройством, способным накачивать в кровь кислород.

Фантасты первыми разглядели такую возможность в эволюции человека. Один из прообразов литературных киборгов появился в 1911 году в рассказе Д.Ингленда "Человек со стеклянным сердцем". Киборг, управляющий космическим кораблем, описан Г.Каттнером в рассказе "Маскировка". Человек, работающий без скафандра в условиях космоса или чужой планеты, — тема таких прекрасных произведений, как "Город" К.Саймака (1944 год), "Зовите меня Джо" П.Андерсона (1957 год), "Далекая Радуга" А. и Б.Стругацких (1964 год) и др.

Поднимемся еще выше — на четвертый этаж. Ситуация, когда вовсе отпадает необходимость в достижении поставленной цели. В нашем примере это ситуация, когда не нужно защищать человека от космоса, потому что космос для человека безвреден. То есть, в космосе есть воздух, чтобы дышать. Откуда? Перечитайте повесть Г.Альтова "Третье тысячелетие" (1974 год). Идея такая: нужно распылить Юпитер, превратить его вещество в пыль, газ. Вокруг Солнца образуется газовый диск, внутри которого проходит и орбита Земли. Нет больше пустоты пространства! От Земли к Луне и Марсу можно летать на реактивных самолетах и даже на… воздушных шарах. В космосе между планетами сгущаются облака, гремят грозы… А как вам нравится космическая радуга, протянувшаяся на десятки миллионов километров семицветной дугой — от Венеры к поясу астероидов?

Как видите, чем выше этаж, тем смелее фантазия. От простого скафандра к межпланетным штормам. Разумеется, рассмотренные идеи третьего и четвертого этажей — вовсе не единственно возможные для объекта "скафандр". Каждый волен придумывать свой вариант ответа на вопрос, поставленный этажной схемой. Изменение человека, его приспособление к космическому вакууму возможны ведь не только на пути сращения человека с машиной. Не исключается и чисто биологическое совершенствование человека. Как беляевский Ихтиандр, имея жабры акулы, получил возможность жить под водой, так и человек будущего, генетически реконструируя свой организм, может, в принципе, получить возможность долгое время не дышать (например, поглощая кислород, заранее запасенный в тканях организма) и не реагировать на жесткое излучение.

Что ж, возьмем пример с фантастов. Вот вам задание: придумайте, пользуясь этажной схемой, совершенно новую идею, взяв за основу очень простой объект… ну, скажем, холодильник. Удачи вам!

ШУСТРЫЕ МАЛЫШИ

Как-то, несколько недель назад, я предложил читателям вообразить себя чайниками.

Естественно, не для того, чтобы дать работу психиатрам — речь шла об упражнении по методу синектики. Есть такой изобретательский прием — если хочешь лучше представить себе все недостатки какой-то машины, поставь себя на ее место, войди, так сказать, в образ. Сейчас синектика среди изобретателей не очень популярна, но в шестидесятых годах людей, воображавших себя, скажем, гидравлическими прессами, было довольно много. Не в СССР, впрочем, а в США, где синектика получила широкое распространение. А потом популярность синектики пошла на убыль. Знаете — почему? Из-за инстинкта самосохранения изобретателей. Ведь все они — люди. И потому, даже войдя в образ водопроводного крана, всячески старались не принимать в расчет идеи, в результате внедрения которых кран нужно было бы, например, раздробить на части, или даже вовсе вывинтить и выбросить.

Это ведь все равно что помереть — кому ж хочется? И в результате масса новых технических идей так и не появилась на свет вовремя. Кто виноват? Система Станиславского…

А между тем, синектика — неплохой метод, и применяют его не только изобретатели. Разве великие Эркюль Пуаро и комиссар Мегрэ не воображали себя на месте убийцы, и таким образом раскрывали преступление? Г.С.Альтшуллер, автор ТРИЗ — теории решения изобретательских задач, — придумал, как использовать достоинства синектики без ее недостатков.

Помните один из приемов развития воображения — прием дробления? Раздробить объект на мельчайшие составляющие, такие мелкие, что, сам объект переходит в какое-то иное состояние. Пользуясь синектикой, придет ли вам в голову воспользоваться приемом дробления? Да никогда — кому же хочется, чтобы его раздробили на мелкие частицы? А между тем, в технике очень часто приходится дробить объект, чтобы сделать изобретение.

Вот вам типичное противоречие: объект нужно раздробить (иначе не возникнет новая идея), и объект дробить нельзя (мешает чувство самосохранения изобретателя). Какой выход? Простой. Не нужно воображать на месте машины себя лично. Вообразите своего соседа. А еще лучше — тысячу соседей. Или миллион. Пусть машина состоит из толпы маленьких-маленьких человечков — ваших соседей, которыми можно при случае и пожертвовать ради технического прогресса.

Метод был так и назван — ММЧ — метод маленьких человечков. Метод напоминает синектику: можно посмотреть на объект "изнутри", глазами маленьких человечков. И, в то же время, нет присущего синектике недостатка — вы легко воспринимаете идеи деления или дробления объекта, ведь толпу маленьких человечков всегда можно разделить на две толпы, три или сто.

Как-то на одном из занятий по развитию воображения была предложена такая задача: придумайте способ увеличения скорости ледоколов. Вдвое, а лучше втрое. Чего только не предлагали — тут вам и увеличение размеров винта (а как же лед? — ведь большой винт моментально погнется), и новые мощные двигатели (тоже мне воображение — есть уже атомные корабли, куда мощнее?), и гидропушки для разрушения льда перед кораблем… Все говорили — нужно получше дробить лед, чтобы было легче через него протискивать корабль. И никто не сказал — а давайте, ребята, лучше раздробим сам корабль. Действительно, как же — этакая махина, много этажей, что значит — раздробить…

А теперь представьте себе, что ледокол состоит из толпы маленьких человечков, способных делать все, что угодно. Могут сцепиться руками, и тогда ледокол будет прочнее алмаза. А могут разделиться на две толпы. И тогда все просто. Лед мешает двигаться? Так пусть одна толпа человечков бежит над льдом, а другая — под льдом. И лед уже не мешает!

Сказать, конечно, легко, человечки могут двигаться как им удобно. А корабль? Ну, важно увидеть идею — нужно разделить корабль на две части: пусть одна движется над льдом, а другая — под. Грузы в трюме, двигатели — все под льдом. А над льдом — каюты, палубы, надстройки, капитанский мостик и вертолетные площадки… И что же получится — два корабля вместо одного? Нет, все нормально: давайте соединим подводную и надводную части такого ледокола узкими стойками-лезвиями. Они, эти лезвия, будут прорезать во льду узкие щели — как два острых ножа. Это ведь гораздо легче, чем протискивать сквозь лед весь огромный корпус! Этой идее, кстати, три десятилетия, а первый ледокол с двумя корпусами (подводным и надводным) заложили только год назад — очень трудно расставаться со стереотипами…

ММЧ — замечательный метод. Как, скажем, с помощью ММЧ объяснить тепловое расширение и испарение? Очень просто. Вот перед вами кубик, состоящий из толпы маленьких человечков. Вы кубик нагреваете, человечкам становится жарко, верно? Вот они и стараются отодвинуться друг от друга. А если очень сильно кубик нагреть, человечки и вовсе разбегутся в разные стороны — кубик испарится. С помощью ММЧ сейчас решают очень много изобретательских задач. Согласитесь, для того, чтобы представить себе тот же чайник в виде толпы маленьких человечков, нужно немалое воображение. И учтите, что корпус чайника нужно вообразить толпой человечков одного вида, а воду внутри — человечками другого вида, а крышку чайника — человечками третьего вида. Чтобы все не перемешалось. А потом заставить этих человечков меняться местами, сходиться, расходиться… А можно построить их в несколько рядов… Или заставить драться друг с другом… И представьте себе, какие разные виды чайников появятся в результате!

БЫЛ ЛИ ГУЛЛИВЕР ЛИЛИПУТОМ?

Даже самые простые приемы развития фантазии вовсе не так просты, как кажется. Помните прием увеличения? Сделаем объект таким большим, чтобы он стал качественно отличаться от прототипа. Берем дерево и увеличиваем настолько, что вершина его оказывается в космосе.

А ведь можно с равным успехом поступить наоборот (вы еще не забыли о существовании и такого приема?). Дерево растет не на пустом месте — это раз. А во-вторых, мы знаем, что все в мире относительно. Вы хотите, чтобы дерево стало выше облаков? Прекрасно. Можете вытянуть в своем воображении дерево, но можете поступить наоборот и опустить облака до самой земли. Задача окажется решена в обоих случаях, но насколько разными будут ответы!

Вот об этом эффекте я и прошу отныне не забывать никогда. Нужно помнить одно простое правило: объект, который вы взялись изменять, существует не сам по себе, а в реальном мире. Попробуйте оставить "объект" в покое, а изменять окружающую среду. Такая "замена переменных" часто приводит к фантастическому результату! Именно так, заметьте, работала фантазия Джонатана Свифта. Он выбрал в качестве объекта своего воображения английского моряка Гулливера, личность, ничем не примечательную. Он мог, как это мы делали прежде, Гулливера — увеличить его, или уменьшить, или, скажем, ускорить его мышление… Но тогда пропадет сатирический заряд — ведь вся соль, чтобы герой так и остался средним, обыкновенным человеком. И потому Свифт поступил так, будто он изучал курс развития воображения: он начал менять не объект (Гулливера), а окружающую среду.

Использовал прием уменьшения — получилась страна лилипутов. Использовал прием увеличения — получилась страна Гулливеров. Все по теории! Естественно, прием "изменять не объект, а окружающую среду" используется не только для развития фантазии. Не забывают о нем и изобретатели, во всяком случае, те из них, кто знает теорию решения изобретательских задач. Вот пример. Представьте себе, что в резервуаре с водой плавает поплавок. Не просто так плавает, а поддерживает одну из частей сложного станка — для амортизации, чтобы эта часть механизма не тряслась во время работы. Вы ж понимаете, станок тяжелый, и поплавок, значит, тоже не маленький, ведь не может изобретатель отменить закон Архимеда! Так вот, станок однажды усовершенствовали, и стал он еще тяжелее, чем был раньше. И оказалось, что, для равновесия, нужно увеличить объем поплавка в десять раз! Это невозможно, сказали конструкторы, поплавок займет половину цеха, нужно искать другую систему амортизации. Искали — и без толка. А решил задачу, между прочим, ученик девятого класса, посещавший занятия в Общественном институте изобретательского творчества. Да что вы мучаетесь, сказал он "задачедателю": не нужно менять поплавок, нужно менять воду, в которой он плавает. Сделаем воду тяжелее в несколько раз, и в ней будет плавать поплавок прежних размеров, вот и все.

Хорошее дело — вот и все! Следующий вопрос: как сделать тяжелее обычную воду? Прием объединения: бросим в воду мелкие железные шарики. И не нужно говорить, что шарики потонут. Включите магнитное поле, и шарики останутся плавать в воде. Удельный вес такой "железной воды" увеличится в несколько раз. Поплавок не утонет, станок останется на месте — задача решена. Кстати, мальчик, которого звали Саша Ждан-Пушкин, получил за это изобретение авторское свидетельство. Изобретательству, как и любви, все возрасты покорны. Конечно, если знать приемы (и не нужно думать, что приемы, используемые в любви, так уж сильно отличаются от изобретательских)…

О, ПОЛЕ, ПОЛЕ…

Так и хочется продолжить цитатой из Пушкина: "Кто тебя усеял мертвыми костями? " И даже образ готов: поле новых идей усеяно костями изобретателей, не знающих теории и не владеющих приемами фантазирования.

Однако не о том поле речь. В прошлом номере я рассказал об изобретении, которое сделал ученик девятого класса — о "тяжелой воде", в которой плавали железные шарики, поддерживаемые навесу магнитным полем. Наверно, многие читатели подумали тогда: ну, этот мальчик — вундеркинд, мало того, что он знал теорию фантазирования, так он еще и знал, как действует магнитное поле, и догадался его использовать. Не каждый мальчик на его месте…

Уверяю вас: каждый. И мальчик вундеркиндом не был. Более того, по физике в школе имел твердую тройку. Но методы развития воображения и решения изобретательских задач он действительно усвоил. А больше и не нужно было. Ибо среди этих методов есть такой, который называется "вепольным анализом". И если при словах "О, поле, поле…" у кого-то возникает ассоциация с пушкинским Русланом, то при словах "вепольный анализ" практически всем становится не по себе — на ум приходит "математический анализ" с его интегралами или еще более таинственный и сложный "тензорныйанализ". А все куда проще (в теории развития воображения, если вы обратили внимания, сложных вещей нет вообще, — семиклассники овладевают правилами не хуже академиков). "Вепольный анализ" всего лишь призывает никогда не забывать о существовании "веполей". А таинственный "веполь" — это всего лишь два слова "вещество" и "поле", объединенные вместе (опять этот прием объединения, даже в словотворчестве!).

Итак, прошу запомнить на всю оставшуюся жизнь: в мире нет вещества, а есть вещество и поле, и любой физик скажет, что так оно и есть. Вещество — это наше тело, это корпус машины, это кукла, это станок… А поле — это радио, которое мы слушаем (электромагнитное поле), это поле тяжести, позволяющее нам ходить, а не летать… Физические поля невидимы глазу, и потому о них часто забывают изобретатели, привыкшие иметь дело с механизмами, которые можно пощупать и поломать. А между тем, в изобретательском деле, да и в развитии фантазии, без полей, как без воды, — и ни туды, и ни сюды.

Решил бы упомянутый выше девятиклассник задачу о поплавке, если бы не ис пользовал магнитное поле? Нет, не решил бы. Как не могли ее, эту задачу, решить взрослые дяди, начисто забывшие, что, кроме вещества, есть еще и поле. Вот вам изобретательская задача, очень важная в наших израильских условиях. Как мы уже хорошо усвоили, воду нужно экономить. А растения нужно поливать, даже если воды мало. В Израиле это противоречие разрешается использованием капельного орошения: вода по трубочкам поступает к каждому растению отдельно. Но, господа, ТРИЗ утверждает, что это еще не решение задачи! Это не предел воображения. Судите сами. Чтобы расходовать воду сверхэкономно, нужно воду, вылетающую из шланга, распылить на мельчайшие капельки. А не получается — капельки, вылетая, слипаются друг с другом, возникают большие капли, вода тратится зря. Что делать? Любой человек, знакомый с теорией развития воображения и с "вепольным анализом", скажет, не задумываясь: нужно достроить "веполь". Вещество у нас есть — водяные капли. А где поле?

Нам нужно, чтобы капли не липли друг к другу? Значит, нужно, чтобы между каплями существовали некие силы, отталкивающие их друг от друга, силы, не дающие капелькам слипаться. "Обычный" изобретатель, привыкший иметь дело только с тем, что видно глазу, так и останется в недоумении: ну, где он возьмет силы отталкивания? А изобретатель-тризовец скажет: да зарядите вы воду статическим электричеством, наэлектризуйте капли! И они будут сами друг от друга отталкиваться. Кстати, наэлектризовать струю воды очень несложно, а результат вы увидите, когда получите очередной счет за воду: расход драгоценной жидкости для полива уменьшится раза в два…

Метод электризации изобретатели, если не забывают о "веполе", используют очень часто. Скажем, вам нужно быстро и эффективно высушить много меховых шкурок после влажной очистки. Все просто: вы заряжаете шкурки электричеством, слипшиеся щетинки распушиваются, отделяются друг от друга, и мех сохнет в несколько раз быстрее. Или вот, "женское" изобретение: способ быстрого получения пышной прически. Женщину в парикмахерской сажают на… "электрический" стул с изолированными ножками и подводят напряжение. Волосы тут же встают дыбом, их укладывают, как угодно душе заказчицы, и остается лишь побрызгать лаком (кстати, тоже наэлектризованным для экономии материала).

Попробуйте решить задачку. Эталон прямолинейности — туго натянутая стальная нить. Но она все равно прогибается под действием поля тяжести. Что нужно сделать, чтобы нить осталась прямой? Задача простенькая, если не забывать о "веполе".

ТАЙНЫ "ВЕПОЛЕЙ"

Надо сказать, что изобретатели очень вольно обращаются с известными науке полями. В школе мы проходили, что есть поле электромагнитное, есть поле тяжести, а есть еще еще два, от которых нам ровно никакой пользы: ядерное и слабое. Эти два последних поля в изобретательстве не используются — разве что для развития воображения. А вместо них придумали несколько других полей: механическое и тепловое, оптическое и звуковое… Для облегчения рассуждений. Фантазировать так фантазировать. Если вы получили по уху, значит, на вас по действовали механическим полем, только и всего. А если ошпарились кипятком, значит, ощутили действие теплового поля. Все просто и понятно.

Так вот, и методика развития воображения, и теория изобретательства утверждают: если хотите, чтобы получилась хорошая идея, нужно обязательно использовать какое-нибудь поле. Хотите, допустим, придумать новый фантастический скафандр. Непременно сделайте так, чтобы в этом скафандре использовалось какое-нибудь поле. Например, электромагнитное. Как? А хотя бы так: сделайте матерчатый скафандр двухслойным и зарядите электричеством. Тогда внутренняя оболочка будет отталкиваться от внешней, скафандр станет жестким — что и нужно для работы в космосе.

Кстати, вы умеете управлять полем тяжести? Наверняка нет. Никто пока не умеет. Поэтому поле тяжести в изобретательских "веполях" не используется — только при конструировании новых фантастических идей. Ядерное и слабое поле — тоже. Изобретателям подавай что попроще — поля механические, тепловые, электромагнитные.

Выше я рассказывал о том, как один умный школьник решал задачу о "тяжелой воде" — он предложил бросить в воду много мелких металлических шариков. Мальчик-то умный, но не подумал о "веполе". Если уж действовать по правилам развития воображения, нужно не просто бросить в воду металлические шарики, но еще и намагнитить их. Появляется поле — магнитное, и как упрощаются многие проблемы. Нужно вытащить шарики? Возьмите магнит. Нужно, чтобы шарики собрались у одной из стенок? Возьмите магнит…

А вот пример из практики. Иногда танкеры сбрасывают в море воду, загрязненную нефтью. За такие штучки полагается большой штраф, но попробуй, выясни, с какого именно танкера сброшена грязная вода! Нужно создать "веполь": когда на танкер загружается нефть, в нее добавляют мельчайшие магнитные частицы (для каждого танкера — свой сорт). Если в море обнаружили нефтяное пятно, берут пробу нефти и сразу же говорят: это пятно с танкера "Мария Медичи"…

Теперь — задача. Как-то для одного эксперимента нужно было сжать стальную пружину, поместить ее внутрь прибора, причем там, чтобы она не разжалась, и оставить. По условиям опыта, пружина должна была разжаться этак через полчаса. Сжать-то просто, но ведь это пружина — она сразу распрямится, едва ее отпустить! Связать? Нельзя, ведь внутри прибора пружина должна быть свободна…

Я уже вижу, как читатели подсказывают: нужно применить магнитное поле.

Сжать пружину и держать в таком состоянии с помощью магнитов. А вы себе представляете, какой мощности должен быть такой магнит? Да и вообще — непрактично. Давайте что-нибудь попроще.

Что ж, есть ведь и другие поля. Механическое? Уже предлагали — связать. Остается тепловое. Его и использовали. Сжали пружину и заморозили, поместив в сухой лед. Лед и держал пружину, пока не испарился от тепла. Просто и красиво. Давайте для практики решим еще одну задачу. Кстати, она не так уж проста, в реальной жизни прошло немало лет, прежде чем один режиссер додумался до этой идеи. До какой? Вот условие задачи. Все сейчас знают, что для съемки мультфильма (или, как теперь говорят — анимационного фильма) делают множество рисунков. В десятиминутном фильме — больше 15 тысяч рисунков! Решил некий режиссер снять контурный фильм. Обычно делают так. На фанерный лист цветным шнуром выкладывают рисунок. Оператор снимает кадр, художник передвигает шнур, оператор снимает следующий кадр…

Режиссер долго думал, как бы ускорить этот нудный процесс. Он-то придумал, а вы? Надеюсь, что и вы тоже. Да, нужно создать "веполь". Есть фанера, есть цветной шнур, а где поле? Нужно взять не простой шнур, а такой, в состав которого входит железный порошок. Или вообще обойтись без шнура, а взять гибкую трубку, наполнить ее железным порошком и… Ну, дальше ясно: поместить за фанерой сильный магнит и управлять движением шнура или трубки. Фильм, на съемку которого прежде уходил месяц, режиссер-изобретатель снял за один рабочий день. А следующую задачу решите сами. Когда в бензобаке автомобиля кончается бензин, это видно на шкале прибора перед водителем. Но согласитесь, прибор — система сложная, может оказать. Иногда стрелка еще далека от нуля, а в баке пусто. Нельзя ли сделать так, чтобы бензобак без всяких приборов сообщал водителю о том, что он пуст?

ФИЗИКА И ФАНТАСТИКА

Ах, какая это скучная материя: учить школьную физику. Закон Ома, например. Сила тока прямо пропорциональна чему-то там, сразу и не запомнишь. А если запомнишь, то забудешь. А если не забудешь, то потому только, что изберешь физику своей профессией. А просто так — к чему ж?

Ошибаетесь, господа. Очень романтическая штука — закон Ома. И электризация тел трением — как звучит-то! Я уж не говорю о коронном разряде — это верх фантастики…

Я вовсе не иронизирую. Для человека с развитым воображением любой, самый, казалось бы, сухой закон природы может стать источником вдохновенного полета мысли. И доказательства этому утверждению легко найти в фантастической литературе.

В 1974 году советский фантаст В.Грешнов опубликовал рассказ "Диверсия ЭлЛТ-73". Идея рассказа почерпнута из учебника физики один к одному. Все знают, что на поверхности некоторых предметов при трении может возникнуть электрический заряд. Так вот, в одной лаборатории (очень важной и секретной) вдруг стала из рук вон плохо идти работа. Эксперименты срывались один за другим. Разыгрывается драматическая история — начальник катит бочку на подчиненного, подчиненный срывает злость на жене, семья на грани развала, а лаборатория — на грани срыва квартального плана. И лишь в конце динамично закрученного сюжета выясняется, что всему виной… шелковые платья сотрудниц и нейлоновые рубашки сотрудников. Шелк и нейлон очень быстро электризуются трением, эти наведенные электрические поля, никем не учтенные, и влияют на аппаратуру, заставляя ее безбожно врать. Все кончается хорошо, и герой даже получает премию, а читатель на всю жизнь запоминает, что такое электризация тел трением.

Фантасты любят использовать электрические заряды и разряды. А если еще воспользоваться уже известными нам приемами фантазирования, например, увеличением, что получится такой замечательный рассказ, как "Олгой-хорхой" И.Ефремова, опубликованный в 1944 году. В свое время это был, можно сказать, рассказ в модном ныне жанре ужаса. У читателя стыла в жилах кровь, когда на героя рассказа нападал огромный двухметровый червяк, он даже не дотрагивался до человека, приближался на метр или два, и человек бледнел, синел, падал и. Да, некоторые даже умирали. В чем дело? Физический закон: действие электростатического поля.

Если рассказ И.Ефремова страшен своей убедительностью, то В.Журавлева в рассказе "Человек, создавший Атлантиду", написанном в 1960 году, использовала законы статического электричества в мирных целях. Герой этого рассказа изобрел двухслойный скафандр. Наружная оболочка сделана из пластика, внутренняя — из металла. В сущности, внутренний слой представляет собой фольгу, только очень прочную. При спуске водолаза под воду оболочку заряжают положительным электричеством от электростатического генератора. Из школьной физики мы знаем, что одноименные заряды отталкиваются. Поэтому каждый участок внутренней оболочки стремится оттолкнуть расположенный напротив участок наружной оболочки. Что получается? Скафандр раздувается и становится жестким — что и нужно для погружения на большую глубину.

Кстати, идея не просто красивая, но вполне патентоспособная. Впоследствии такие скафандры были созданы, кто-то получил авторское свидетельство, а фантаст, как всегда, — моральное удовлетворение. А всего-то, использован закон физики, который проходят в шестом классе (даже в израильских школах).

Если уж говорить о том, как подстегивает работу воображения романтическая фраза о том, что "одноименное отталкивается", то нужно непременно вспомнить Сирано де Бержерака. В убогости воображения его не обвинишь. А потрясшие современников смелостью идеи Сирано черпал из тривиального даже для того времени учебника физики. В "Государствах и империях Луны" (1656 год) Сирано описал путешествие на Луну при помощи двух магнитов, отталкивающих друг друга. Прошли "всего" два с половиной века, и ту же идею использовал другой фантаст, Т.Герцка, в романе "Заброшенный в будущее" (1895 год). Как просто, оказывается, распалить развитое воображение: достаточно вспомнить сухой и скучный учебник…

КУРТКА НА ШАРОВОЙ МОЛНИИ

Давайте еще немного поговорим о том, как простые законы физики позволяют фантастам придумывать удивительные истории. Немного воображения, и…

Вы знаете, что такое коронный разряд? Наверняка забыли, ведь это явление каждый изучал, когда учился в девятом классе бывшей советской школы. Что ж, попробуйте отыскать в библиотеках рассказ Ю.Моралевича "Электролет профессора Мухина".

Рассказ старый, опубликован был аж в 1960 году. А речь в нем идет о том, как этот самый профессор построил замечательный самолет, двигатели которого работали на этом самом коронном разряде. Все строго научно, и все совершенно фантастично — и полеты в стратосферу, и борьба с американским шпионом с помощью коронного разряда. Вы ж понимаете, что для советской литературы шестидесятых годов американские шпионы значили то же, что для современной какие-нибудь крутые мафиози. Каждому времени — свои "герои". Но герои приходят и уходят, а коронный разряд, которым наши контрразведчики их лупили, он-то остается!

Вы когда-нибудь видели шаровую молнию? Наверняка видели — хоть раз в жизни. И если вы не знаете, что же это такое, читайте фантастические рассказы, а не учебники физики. В учебниках написано только, что "явление это мало изучено", а фантасты говорят — "ну и что, давайте используем, а там разберемся". Нормальный подход для людей с богатым воображением. В конце концов, электричеством все пользуются, а кто знает, что такое электрон?

В первой половине XX века фантасты наладили прямо-таки серийное производство шаровых молний: сначала это сделал Александр Беляев в повести "Золотая гора" (1929 год), а потом пошло-поехало, и этот феномен явного перепроизводства шаровых молний легко объяснить. Фантасты, как и физики, думали над тем, каким должно быть современное оружие. Атомных бомб еще не было, а шаровая молния, как известно, способна при каждом удобной случае взрываться, выделяя огромную энергию. Фантасты использовали то, что было, как говорится, под рукой, и кстати, опередили науку на многие десятилетия — ведь ученые и до сих пор не знают, с какой стороны подойти к тайне шаровой молнии…

Естественно, что, как и ученые, фантасты думали не только о военном, но и о мирном использовании шаровых молний. Например, для накопления огромной энергии в небольшом объеме. Прочитайте, к примеру, рассказ Г.Альтова "Скучный капитан" (1960 год), и если после этого вы не захотите посвятить остаток жизни созданию аккумуляторов на шаровых молниях, значит, вам лучше заниматься не физикой, а коллекционированием марок…

Кстати, в реальности вслед за открытием нового источника энергии следует, как правило, его военное использование (пример — атомная бомба), а уж потом мирное (атомная электростанция). В фантастике — как в жизни. Из чего следует, наверно, что у творческой фантазии свои законы — единые для физики и для полета воображения…

Помните, мы говорили о таинственных "веполях", помогающих изобретателям решать сложные творческие задачи? Напомню: веполь — это комбинация вещества и физического поля, например, поля тяжести. Кто первым "изобрел" веполь? Думаете — изобретатели? Нет — фантасты, конечно. Пример — электромагнитные поля, используемые для защиты от нападения противника. "Защитные поля" в фантастике сейчас не менее популярны, чем пресловутые бластеры. Сейчас уже трудно установить, кто первым ввел в фантастику защитные поля и барьеры. Но уже в 1928 году А.Беляев писал о них в повести "Борьба в эфире". А потом они были в "Порте Каменных Бурь" Г.Альтова (1965 год), романе К.Саймака "Все живое" (1965 год) и… Нет, не буду перечислять — попробуйте сами вспомнить.

В романе А.Азимова "Конец Вечности" (1952 год) вся цивилизация представляет собой, по сути, единый веполь: человек (вещество) и техника (поле). Предметы домашнего обихода, одежда, дома, заводы, продукция этих заводов — все является не более чем сложной комбинацией силовых электромагнитных полей.

Начиная что-то выдумывать, фантасты не останавливаются на половине путы (я уже говорил, что для развития воображения это одно из основных требований — не останавливаться!). Если придумали веполь, то давайте создадим идеальный веполь — на все случаи жизни. Прочитайте "Ослика и аксиому" Г.Альтова (1966 год). Не стану пересказывать, просто процитирую: "Машина, сделанная из серого магнитного порошка и электромагнитного поля, будет чрезвычайно простой. Ей, например, не нужны винтовые соединения, не нужны шарниры; под действием поля металл может мгновенно менять форму. Меняющийся металл — вот в чем дело."

Ну хорошо, идеальный веполь фантасты уже придумали. А идеальную шаровую молнию? В фантастике ее нет — попробуйте придумать сами.

ОБЫЧНЫЕ РОБОТЫ ФАНТАСТИКИ

Настоящий турист может и в сильный ливень с помощью единственной спички разжечь костер. Хороший писатель-фантаст с помощью простых приемов фантазирования придумает вам идею, способную удивить ученых.

Подхожу к полкам с книгами любимых писателей-фантастов. Вот Азимов — обыкновенный "русский" еврей, вывезенный в Америку в детстве. Биохимик. Знаток многих наук. Он много лет "жил" в будущем мире, в мире XXII века. В воображении, конечно. Написал о будущем сотни книг. Среди них — немало повестей, где будущее просто арена для приключений. А есть у Азимова произведения серьезные и сложные, в которых для предвидения использован весь арсенал науки о прогнозировании.

В середине пятидесятых годов, когда первые счетно-вычислительные машины выполняли в секунду каких-то две-три тысячи операций, а в СССР кибернетика числилась еще в продажных девках империализма, Азимов опубликовал рассказ "Все грехи мира". Обязательно перечитайте его. К сожалению, писателям-фантастам не выдают патентов ни на изобретения, ни на открытия, сделанные героями их произведений. Иначе Азимов обязательно получил бы патент на изобретение глобальной компьютерной системы, к которой современная кибернетика только-только подбирается. Азимов писал о Мультиваке — суперкомпьютере, в который стекается информация обо всем, что происходит на планете. О людях — в том числе. Взял фантаст "обычный" компьютер, использовал обычный прием увеличения…

Ну хорошо, — скажете вы, — Азимов, обладая богатым воображением, сумел разглядеть будущее кибернетики, но ведь о самих-то компьютерах он знал! Они уже были! А вот предсказал бы он своего Мультивака на десять лет раньше? Нет, слабо. Это лишь Нострадамус был способен за три века…

Стоп. Давайте чуть углубимся в прошлое — в начало XX столетия. Перечитайте повесть русского писателя Александра Богданова "Красная звезда" (1908 год). Там много интересного, в том числе и таких предвидений, которые сбылись. Русский революционер летит на планету Марс в межпланетном корабле. И вот, что важно — корабль имеет на борту вычислительные устройства и в свободном полете управляется именно ими — компьютерами, как мы сейчас говорим. Кибернетику Богданов, конечно, не предсказал, но модные ныне автоматизированные системы управления (в том числе космические) — несомненно. "Обычный" компьютер и "обычный" прием универсализации.

Богданов патента на изобретение не получил. И Карел Чапек тоже. А ведь роботов изобрел не математик, не инженер, а чешский писатель, и произошло это задолго до первых работ Норберта Винера. В 1921 году Чапек (автор "Войны с саламандрами", многочисленных юмористических рассказов) опубликовал пьесу "РУР — Россумские универсальные роботы". Герои пьесы — созданные искусственно в лабораториях Россума биологические человекоподобные автоматы. Роботы — назвал их Чапек. И когда четверть века спустя кибернетика делала первые шаги, когда уже ученые и инженеры всерьез задумались о механических подобиях людей, они заимствовали название из произведения фантаста, фактически отдав ему пальму первенства. А всего-то: "обычный" объект (человек) и "обычный" прием искусственности… Что ж, скажет читатель, фантасты, пользуясь приемами развития воображения, умеют предсказывать будущее науки и техники, а астрологи предсказывают будущее личности, общества, пользуясь звездными картами. Согласен, каждому конкретному человеку писатель-фантаст ничего не предскажет — он не занимается частной практикой, а пишет романы. И в этих романах (повестях, рассказах) фантаст детально описывает все, что произойдет с обществом (и человеком в обществе), если сбудется конкретное научно-техническое или социальное предсказание. Что произойдет с нами, если будут действительно построены человекоподобные роботы. Или — если будет создана всемирная компьютерная система.

В фантастике сотни интереснейших идей, связанных с будущим кибернетики. Многие сбылись. Многие сбудутся. Румынский писатель Раду Нор (рассказ "Живой свет", 1959 год) писал о думающей машине размером с молекулу (вспомните прием уменьшения!). Станислав Лем в романе "Непобедимый" — о цивилизации микророботов. Это — седьмое поколение компьютеров, проблема, над которой ученые будут думать всерьез в начале будущего века. Перечитают ли они Лема? Знают ли о существовании приема уменьшения?

Подумайте, пожалуйста над таким вопросом. Астрологи умеют предсказывать будущее людей и стран, экстрасенсы умеют лечить почти все болезни, причем сразу у сотен людей, сидящих в зале. Телепаты общаются с высшими силами. Такие люди были всегда. А наука с техникой насчитывают несколько столетий. Так почему же наш мир — это мир науки и техники, а не мир, где премьер-министр — телепат и экстрасенс (вот уж кто нужен на переговорах с арабами!) и где главный врач клинической больницы — последователь Алана Чумака?

Почему? Ведь они умеют все, а ученые — так мало! И никто еще ведь не отменил естественного отбора — побеждает сильнейший, тот, от кого больше пользы.

"ТИТАН" ПОДНИМАЕТ ЯКОРЬ

Все в природе закономерно. Есть законы физики, есть законы развития техники, есть законы фантазирования. Бывает, так хочется наплевать на все законы и нафантазировать что-то этакое… А потом перечитываешь и видишь: эта идея получена с помощью приема увеличения, а эта — с помощью приема "наоборот".

Скучно? Нет, как раз наоборот — очень увлекательное это дело: пользуясь "элементарными" законами природы, техники и фантазии предвидеть будущее получше всяких пифий, экстрасенсов и астрологов. Хотите примеры?

Летом 1944 года к не очень-то процветавшему американскому писателю-фантасту Л.Картмиллу нагрянули агенты ФБР и устроили обыск. Действуя в лучших традициях своих коллег из КГБ, они так и не объяснили изумленному писателю, что им, собственно, было нужно. На следующий день обыск произвели у Д.Кемпбелла, фантаста, куда более известного, но главное — издателя того самого журнала "Удивительная научная фантастика", где публиковал свои рассказы Л.Картмилл. Потом был допрос. У писателя спросили: кто и когда передал ему совершенно секретные сведения, которые легли в основу рассказа "Крайняя черта", незадолго до того опубликованного в журнале? Никто и никогда, — отвечал автор, — все это плод творческой фантазии. Не может того быть, — утверждали агенты и повторяли свое: кто и когда…

Напомню — шел 1944 год, до первого испытания атомной бомбы оставалось несколько месяцев, до первого ее "публичного представления" — больше года. Работы над "Манхэттэнским проектом" велись в обстановке жесточайшей секретности, в печати запрещено было всякое упоминание слов "тяжелая вода", "уран". А некий фантаст Л.Картмилл в своем рассказе очень подробно описал не только процесс деления урана, но и "раскрыл секрет" критической массы, рассказал об устройстве атомной бомбы… Думаю, что, произойди нечто подобное в СССР, не только автор, но вся редакция журнала на следующий же день оказалась бы либо на Колыме, либо гораздо дальше. ФБР ограничилось взбучкой — может, действительно поверило в творческое воображение фантаста?

Не знаю, что в действительности думали агенты ФБР, но точно знаю, что никакими парапсихологическими способностями Л.Картмилл не обладал, никакие пришельцы из будущего его не посещали, и к общему информационно-энергетическому полю планеты он тоже не был подключен. Загадка разрешалась просто Л.Картмилл писал так называемую "жесткую" научную фантастику. Он знал о первых, не засекреченных еще работах в области ядерного распада. Он знал об идеях своего предшественника Герберта Уэллса, еще в 1913 году описавшего в романе "Освобожденный мир" первую войну с применением атомного оружия. И плюс воображение… Именно оно помогло связать в цепь разрозненные факты, найти ненайденные закономерности.

История с Л.Картмиллом показывает, насколько важны в предсказаниях точность деталей и знание законов развития природы, техники, общества — именно то, чего всячески избегают многочисленные экстрасенсы-прорицатели. Во всяком случае, когда экстрасенс утверждает, что 1999 год будет для России трудным, пенсии не выплатят, а промышленность не станет работать лучше, вряд ли такое предсказание говорит о богатом воображении.

Но история с Л.Картмиллом говорит и о другом. Опубликуй он свой рассказ на семь лет раньше — и все прошло бы тихо и незаметно: ученые тогда еще только приступали к экспериментам, которые привели к открытию цепной ядерной реакции, о критической массе никто слыхом не слыхивал, а фантаст… ну, мало ли о чем они там пишут? На предсказание фантаста никто бы не обратил внимания. И лишнее тому подтверждение — другая история.

…В Англии построен огромный пассажирский лайнер "Титан". Самый большой, быстроходный и роскошный. Билеты на первый трансатлантический рейс доступны только очень богатым людям. На борту "Титана" собирается высшее общество, корабль должен поставить рекорд скорости и завоевать приз самому быстроходному лайнеру. В Северной Атлантике поздняя и холодная весна, но, стремясь в кратчайший срок преодолеть расстояние до берегов Америки, "Титан" идет полным ходом — и темной апрельской ночью сталкивается с айсбергом. Насосы не успевают откачивать воду, спасательных шлюпок не хватает, большая часть пассажиров и команды обречена на гибель…

Уверен, что вы сейчас обвиняете меня в неточности — название лайнера приведено не совсем правильно: он назывался ведь не "Титан", а "Титаник", и история его гибели известна всем. Но я описал здесь вовсе не реальную историю гибели "Титаника" в 1912 году! Это — сюжет романа "Тщетность" английского автора М.Робертсона. Роман был опубликован в 1898 году…

Точность предсказания не ограничилась сюжетом трагедии и названием лайнера. Сравните числа. "Титан" М.Робертсона: длина 260 метров, водоизмещение 70 тысяч тонн, мощность двигателей 50 тысяч лошадиных сил, скорость 25 узлов, четыре трубы, три винта. А вот характеристики реального "Титаника": 268 метров, 66 тысяч тонн, 55 тысяч лошадиных сил, 25 узлов, четыре трубы, три винта. Если бы роман "Тщетность" вышел из печати этак за неделю до отплытия "Титаника", какая была бы сенсация! Но он был опубликован "слишком рано", и в 1912 году о нем давно успели забыть, тем более, что М.Робертсон не обладал литературным талантом Г.Уэллса.

ВСЕГО ЛИШЬ "ЛЕТАЮЩИЕ ТАРЕЛКИ"

История с "Тщетностью" Робертсона и "Крайней чертой" Картмилла показывает: мало владеть приемами фантазирования, чтобы делать правильные предсказания будущего. Естественно, нужно знать историю науки, техники, общества. И тогда не нужны окажутся "связи с космической энергией", "экстрасенсорные способности" и астрологические таблицы.

Древнегреческая Кассандра была, прежде всего, умной женщиной и видела куда что идет. Она была дочерью Приама, царя Трои, знала все дворцовые тайны и могла себе представить, чем все кончится. Она видела тенденции там, где остальные не видели ничего, кроме хаоса фактов! Человек с тренированным воображением умеет не только пользоваться приемами фантазирования, но еще и знает, какой именно из реальных фактов нужно изменить, чтобы получить с помощью нужного приема правильное предсказание будущего события.

Л.Картмилл вовсе не был допущен к секретам "Манхэттэнского проекта", а М.Робертсон не был профессиональным корабелом. Но есть законы природы. Законы физики, химии. Есть закономерности в истории развития обществ. Знающий эти законы имеет массу преимуществ перед незнающими, он может даже представить себя богом. Любимый, кстати, прием фантастов: герой попадает в плен к аборигенам, его приговаривают к смерти, вот-вот начнется казнь, и тут герой вспоминает, что именно сейчас должно начаться солнечное затмение. "Остановитесь, — кричит он, — или я сейчас уничтожу солнце!" Прием безошибочный — герой знает то, чего не знают другие.

Так вот, кроме законов природы и общества, есть и законы развития технических систем. Зная их, не так уж трудно представить, как пойдет в ближайшие десять-двадцать лет развитие, скажем, кораблестроения или ракетостроения. Инженеры-изобретатели стали серьезно изучать эти законы в пятидесятых годах. Советский изобретатель и писатель-фантаст Г.С.Альтшуллер (любители фантастики знают его литературный псевдоним — Генрих Альтов) создал, объединив эти законы, новую науку — теорию творческого мышления.

Собственно, любой серьезный фантаст, пишущий о будущем, о грядущих научных открытиях или изобретениях, даже если он незнаком с теорией развития технических систем, вынужден сопоставлять факты. И он чаще прочих (и порой — чаще ученых!) приходит к верным выводам, потому что, кроме знания и интуиции, обладает редким, к сожалению, даром — богатым воображением.

Именно оно позволило фантастам описать все варианты встреч с пришельцами за многие годы до того, как такие (в точности!) описания заполнили страницы жур налов и газет. Когда я читаю очередное сообщение о "летающей тарелке в Бразилии" или о том, как "пришельцы производят сексуальный эксперимент с тетей Машей", я удивляюсь вовсе не воображению "очевидцев", но как раз — полному отсутствию воображения! Ведь все это уже приходило в голову фантастам, и все это они уже описали на страницах своих произведений. Но одно дело, когда читаешь нечто в книге с грифом "НФ", и совсем другое, когда тоже самое описано со слов некоего очевидца с указанием точной даты и места!

Историю, придуманную профессионалом-фантастом, всегда можно отличить от аналогичной байки, рассказанной человеком с небогатым воображением. У фантаста — точность деталей. У экстрасенсов, "общающихся с космосом", деталей обычно мало — не хватает воображения…

Итак, знание законов природы, техники и общества плюс богатое воображение — вот причина успеха прогнозов фантастов. Может, это менее романтично и загадочно, чем "поглощение космической энергии"?

Не знаю, как вам, но мне лично больше по душе идея о том, что человек сам способен выдумать нечто, совершенно новое и необычное, нежели идея о том, будто это новое подсказано космическими силами, пришельцами или "единым информационным полем". Тем более, что и космические силы, и пришельцы, и единое поле информации уже были в фантастике…

Часть 4

Звезды и тернии

Чтобы хорошо фантазировать, нужно знать правила. Чтобы сделать изобретение, нужно знать методы теории творчества. Чтобы написать хороший фантастический роман, нужно ко всему этому добавить еще литературные способности. Но скажите мне: если вы прекрасно усвоили все приемы фантазирования и все изобретательства, о которых было рассказано в нашей рубрике, достаточно ли этого, чтобы стать настоящей творческой личностью? Неужели нужно всего лишь знать правила

Вы прекрасно знаете, что ответом может быть только "нет, этого мало". А что нужно еще? Чем творческий человек отличается от человека, вызубрившего правила теории творчества? Вопрос, между прочим, очень непростой. Не нужно, к примеру, говорить о вдохновении, которое посещает творческого человека. У меня есть знакомый, который работает на конвейере, потому что на большее он просто не способен, не в обиду ему будь сказано. Так вот, этот человек постоянно находится в состоянии вдохновения — он выдает идею за идеей, а приемы фантазирования давно выучил наизусть. И что же? Да ничего. Дубель-пусто, как говорят доминошники…

Еще в те годы, когда разрабатывались основы теории решения изобретательских задач, Г.С.Альтшуллер и И.М.Верткин попытались ответить на вопрос: по каким качествам можно распознать творческую личность? Речь не о подсчете уровня интеллекта — для этого есть множество тестов. Можно, кстати, иметь очень высокий коэффициент интеллектуальности и быть совершенно нетворческим человеком! Альтшуллер с Верткиным захотели ответить на вопрос: какими качествами должна обладать творческая личность? Они собрали и систематизировали биографии известных ученых, изобретателей, философов, даже политиков — всех людей творчества. Что, — спросили они, — общего было в жизни этих людей? Так возникла интереснейшая часть теории творчества, названная ЖСТЛ, — жизненная стратегия творческой личности.

Очень любопытная наука. Наука? Нет, больше, чем просто наука — это пособие для творческого человека: как ему нужно поступать в каждом конкретном случае, чтобы не делать жизненных ошибок. Ведь наша жизнь — это не только решение головоломок. Это необходимость зарабатывать на пропитание, это споры с хозяином квартиры, который опять повышает плату, это тысячи и тысячи крупных и мелких проблем, которые напрямую к творчеству не имеют отношения, мешают ему, но эти проблемы нужно преодолевать, и творческая личность преодолевает жизненные невзгоды, оказывается, немного не так, как все прочие смертные.

Таким человеком был Бен-Иегуда, вернувший еврейскому народу его язык. Простое, казалось бы, желание — заставить говорить на иврите хотя бы свою семью: жену, детей, родственников. А как сложно — у Бен-Иегуды ушла на это жизнь. Впрочем, попробуйте сами испытать себя в роли Бен-Иегуды: начните сами не только говорить, но думать на иврите, и всех своих домашних заставьте сделать то же самое. Вот тогда вы поймете, что такое творческая личность, одержимая достойной целью!

Подумайте, способны ли вы на такую жизнь, какую прожил некий Уилсон Бентли — его биография есть в коллекции Альтшуллера и Верткина. В 1885 году, в десятилетнем возрасте, Бентли засмотрелся на игру снежинок и задал себе вопрос: а есть ли среди них хотя бы две одинаковые? Все они отличаются друг от друга величиной, формой, рисунком и числом молекул воды. Молодой Бентли решил посвятить жизнь снежинкам. Он их ловил, фотографировал, классифицировал. Он занимался этим пятьдесят лет. И лишь в 1935 году опубликовал свой атлас с приложением двух тысяч снимков. Книга Бентли и сейчас является главным источником знаний о снежинках. Представьте себе, сколько пришлось вынести этому человеку! Ему, между прочим, не давали ни стипендии Шапиро, ни грантов министерства науки, а британские университеты не хотели брать его на работу — никого не интересовали снежинки…

Еще один пример жизни творческой личности — немецкий ученый Швабе, открывший одиннадцатилетний цикл солнечной активности. Вот, что сказал о Швабе президент Королевского астрономического общества Великобритании, когда в 1857 году вручал немецкому астроному золотую медаль: "Двенадцать лет он потратил на удовлетворение своих собственных интересов, шесть следующих лет — на удовлетворение интересов человечества, и, наконец, еще тринадцать лет — на убеждение человечества. В течение тридцати лет Солнце никогда не появлялось над Дессау без того, чтобы Швабе не направил на него свой телескоп… Настойчивость одного человека привела его к открытию явления, о существовании которого никто из астрономов даже не подозревал".

Вы обратили внимание на противоречие, содержащееся в этих примерах? Подумайте о нем.

ОДА ДОСТОЙНОЙ ЦЕЛИ

Итак, Бен-Иегуда вернул евреям язык, Бентли изучал снежинки, а Швабе открыл цикличность солнечного излучения. Все трое выбрали себе простые цели. Не нужно быть творческой личностью, чтобы сказать "а ну-ка, займусь я снежинками". Но никто, не будучи настоящей творческой личностью, не прошел бы по этому пути до конца. Большинство и половины не осилили бы. Простота цели и сложность ее достижения — вот, в чем противоречие. Подумайте и попробуйте ответить: смогли бы вы, выбрав однажды цель, никогда не отказаться от ее достижения? Если вы честно ответите "нет", значит, вы еще не истинно творческая личность.

Герман (не Пушкина, а Чайковского), решив поставить все на карту, заявил: "Что наша жизнь? Игра!" И был-таки прав. Наша жизнь (тем более — жизнь человека творческого) действительно подобна игре, в которой личность играет против обстоятельств. У личности, далекой от творчества, и игра получается скучноватой — чем-то вроде домино. Творческий же человек проживает жизнь как сложнейшую шахматную партию, просчитывая на несколько ходов вперед. Учебники шахматной игры существуют давно. А учебник, которым может воспользоваться каждый для того, чтобы выработать верную жизненную стратегию, создан несколько лет назад. Его авторы — Г.С.Альтшуллер и И.М.Верткин. Название — "Жизненная стратегия творческой личности".

В каждой игре нужно прежде всего обозначить цель. Достойная цель нужна творческой личности — иначе за что ж бороться и как играть? Бен-Иегуда поставил себе цель — заставить евреев говорить на иврите. Достойная цель? Безусловно. Гитлер поставил себе цель — отхватить весь мир. Достойная цель? Понятно, что нет. И потому, кстати, если следовать "учебнику жизни" Альтшуллера и Верткина, Гитлера нельзя творческой личностью. Ба-а-альшой негодяй — это да. Но не творец, в отличие от Бен-Иегуды.

Какая же цель может называться достойной? Посадить дерево — достойная цель? А изобрести вечный двигатель, чтобы все перестали платить за электричество? Вопрос далеко не так прост, каким может показаться. Альтшуллер и Верткин исследовали сотни биографий великих творцов и вывели семь основных свойств, какими должна обладать поистине достойная цель жизни творческой личности. Если вы уже выбрали себе цель в жизни, проверьте-ка, соответствует ли она критериям Альтшуллера и Верткина.

Во-первых, цель должна быть новой. Цель Теодора Герцля создать еврейское государство была новой? В конце прошлого века — безусловно. А была ли новой цель Гитлера или Сталина завоевать весь мир? Нет — ведь десятки диктаторов и прежде хотели того же…

Во-вторых, цель должна быть общественно полезной, доброй, направленной на развитие жизни. Отвечали этим критериям цели Герцля, Бен-Иегуды? Хотел бы я посмотреть на еврея, который сказал бы "нет". А цели Гитлера и Сталина? Хотел бы я посмотреть на того, кто скажет "да".

Третий критерий — конкретность. Это должны быть не просто благие намерения, но четкий комплекс задач, к решению которых можно приступить хоть сейчас. С Бен-Иегудой все ясно — решил и тут же сам заговорил исключительно на иврите.

Критерий номер четыре — значительность. Посадить дерево — это значительная цель? Добрая, да, но, извините, не значительная. Жизнь этой цели не посвятишь. Иное дело, если вы поставите себе цель — засадить лесами всю пустыню Негев. Это будет значительная цель, на ее достижение может уйти жизнь, но… Как быть со вторым критерием? Экологи наверняка скажут, что эта цель при всей ее значительности, к сожалению, вредна для природы и, следовательно, для общества. Цель Бен-Иегуды — да, это значительная цель.

В-пятых, цель должна быть еретичной. Согласитесь, великая достойная цель непременно должна опережать свою эпоху. Значит, хочешь — не хочешь, но современники будут воспринимать ее как ересь, как нечто неосуществимое.

Вспомните того же еретика Бен-Иегуду — кто из современников считал его идею осуществимой? Если даже родная жена крутила поначалу пальцем у виска…

Шестой признак достойной цели — практичность. Двигаясь даже к далекой цели, вы должны получать по дороге какие-то конкретные результаты. Самая недостижимая цель должна приносить пользу. В этом смысле с Бен-Иегудой и Герцлем все ясно, не правда ли? Вполне практичные цели.

Седьмой признак достойной цели очень прост: цель должна быть независимой. Работу над истинно достойной целью всегда начинает одиночка. Одинок был Бен-Иегуда.

Почти не было сначала сторонников у Герцля. Это уже потом, когда цель частично достигнута, когда она перестала быть ересью и современники перестали встречать ее в штыки — тогда можно уже и коллективы создавать. Например, ульпаны по изучению иврита. А первым учителем был Бен-Иегуда лично. Один.

Кстати, Г.С.Альтшуллер, автор теории изобретательства, тоже был в свое время еретиком и одиночкой. Он и его друг Рафаил Шапиро (ставший много лет спустя известным в Израиле журналистом) были первыми, кто поставил цель: научить изобретать каждого желающего, каждого желающего сделать творческой личностью. Институтов ТРИЗ тогда не было, институтами Альтшуллера и Шапиро былисталинские лагеря. А сейчас, сорок лет спустя, в десятках стран мира действуют фирмы, использующие ТРИЗ.

Жизненная стратегия творческой личности — это записанная по ходам (как нотация шахматной партии!) игра между человеком и миром. Первый ход в этой игре — выбор достойной цели. Сделали ли вы этот ход в своей жизни?

Итак, вы сделали первый ход — выбрали себе в жизни достойную цель. Многие, между прочим, на этом и останавливаются. Вам такие люди не знакомы? "Я поставил себе целью сделать Израиль поистине демократическим государством," — говорит такой человек. "А что ты делаешь, чтобы достичь этой цели?" — спрашивают его. "Я думаю!" — говорит он гордо, считая свою жизненную миссию исчерпанной. Если среди ваших знакомых есть такая личность, будьте уверены — ей далеко до творчества. Творческий человек, поставив цель, бросается играть в сложную игру между собой и жизнью. И чаще всего проигрывает, потому что не знает правил. Среди новых олим наверняка много людей творческих, людей, в жизни которых есть достойные цели, но многие ли могут сказать: "я достиг желаемого?"

Генрих Альтшуллер и Игорь Верткин изучили игру, называемую "жизнь творческого человека", нашли правила этой игры и опубликовали их в книге "Жизненная стратегия творческой личности". В этой книге — ход за ходом — описана как бы стандартная "партия", как в шахматах. От дебюта до эндшпиля. От момента, когда человек выбирает достойную цель, до момента, когда он может сказать: "я достиг!" По сути, ЖСТЛ — это пример так называемой "деловой игры", очень популярной в наши дни среди психологов и специалистов по управлению коллективами. Для развития воображения очень полезно играть в "деловые игры", а самой полезной является предложенная Альтшуллером и Верткиным игра творческой личности против жизненных обстоятельств.

Играют в "деловые игры" во всем мире, об этом знает каждый, посещавший курсы менеджмента. Ему говорят, что родиной "деловых игр" являются Соединенные Штаты, а время рождения — шестидесятые годы. Не верьте. Первая "деловая игра" появилась в 1930 году в Ленинграде, когда в этом городе была создана "группа пуска новостроек". Изобретатель Л.Б.Наумов потом вспоминал: "У нас возникла заманчивая идея — найти способ хоть частично приобрести опыт пуска завода еще до его пуска"…

"Деловая игра", которая зовется "жизнь", как и шахматная партия, условно делится на дебют, миттельшпиль, эндшпиль и постэндшпиль.

Дебют — это выбор достойной цели и преодоление "молодежных" соблазнов, тщательная подготовка "упреждающих" ходов для проведения "жизненной игры" на высоком уровне — потом будет некогда. Вот, что любопытно: первый ход в игре делает не сама творческая личность, а… ее родители. Именно они должны с самого раннего детства развивать фантазию у будущего творца. Как? Для начала — побольше сказок. Сказки — великолепный инструмент для развития творческого воображения. Первый ход сделан. Теперь очередь за "жизненными обстоятельствами". Как поступает этот "достойный противник"? Стандартный ход: отчуждение детским или юношеским коллективом "несвоего", ситуация "все против одного". Не нужно обижаться на "коллектив". Это нормальный ход вашего противника, ведь в шахматах, играя белыми, вы не обижаетесь, что черные сразу повели атаку на вашего короля!

ПРАВИЛА ИГРЫ БЕЗ ПРАВИЛ

Итак, ход за вами. Что советует ЖСТЛ? "Занятия спортом для укрепления здоровья. Стремление приобрести интересную профессию. Чтение биографической литературы." Это, прошу учесть, не частное мнение Альтшуллера и Верткина — именно так поступали творческие люди, вышедшие победителями в схватке с жизнью, сотни людей, чьи биографии были изучены, проанализированы и использованы для создания стратегии творчества.

И еще одно. Творческая личность должна не просто отвечать на "ход жизненных обстоятельств", но просчитать партию на пару ходов вперед, сделать "упреждающий" ход. На данном этапе это, как пишут Альтшуллер и Верткин, "получение информации не только о существующих профессиях, но и о новых достойных целях, достижение которых важнее всего. Чтение научно-фантастической литературы." Так что, дорогие родители, если вас нервирует, что ваш сын, вместо того, чтобы изучать Башевиса-Зингера или Толстого, читает фантастику, не торопите свой гнев, правы не вы, а он. Как ни странно, ваш сын играет свою партию по правилам, а вот вы, сами того не зная, выступаете в роли "жизненных обстоятельств". Вам это надо?

И тогда "жизнь" делает в этом дебюте следующий ход: старается навязать ребенку свои цели, свои представления о нужном и не нужном. А творческая личность должна ответить на этот "ход ферзем" как можно более ранним началом поиска своего направления в жизни. Самое важное для "игрока" (еще ребенка!) на этом этапе — встреча с "чудом": нужно какое-то яркое впечатление или чрезвычайный случай, которые подтолкнули бы к выбору достойной цели или хотя указали к ней путь.

Обязательно сыграйте здесь на стороне ребенка, а не против него! Нужно "чудо", яркое впечатление. Какое? Эйнштейну, например, в пять лет подарили компас. Игрушка его заворожила. И именно тогда будущий великий физик сделал свое первое в жизни открытие. Он подумал: "за вещами должно быть что-то еще, глубоко скрытое…" А Генриху Шлиману, будущему великому археологу, отец подарил книгу "Всемирные истории для детей". Книга потрясла мальчика, и он увидел контуры достойной цели.

Помогите своим детям сделать этот ход. Но имейте в виду — теперь ход за игроком с именем "жизнь". Игра продолжается. Все еще дебют…

Правила ЖСТЛ, найденные Генрихом Альтшуллером и Игорем Верткиным, иногда кажутся парадоксальными. Вот, скажем, вы предложили новую идею (сильный ход белых), а окружающие (ход черных) начали вас высмеивать. Вам становится не по себе, вы впадаете в депрессию, вы готовы отступить. Вот, что пишут по этому поводу Альтшуллер и Верткин: "Непонимание окружающими — один из косвенных признаков правильности выбранного направления. Поэтому ответом на высмеивание должна быть еще большая активизация подготовки к достижению цели." Так что, господа, если ваши идеи встречают в штыки — это хорошо. Хуже, если бы с вами все соглашались. Это означало бы одно из двух: либо ваша идея тривиальна (слабый ход белых), либо вас просто считают сумасшедшим и не принимают всерьез, что тоже не подарок для творческой личности…

А вот на десятом ходу черные силы пытаются увести творческую личность с истинного пути: пробуют подменить цель. Зачем, мол, тебе мучиться над тайной снежинок. Это нудно, а дело твое молодое. Куда проще и интереснее собирать марки. Чем не достойная цель? Или чуть иначе: а почему бы тебе не заняться спортом? Станешь рекордсменом — чем не достойная цель? Ответный ход белых: не поддаваться. Марки и спорт — не те цели, которыми должна заниматься творческая личность. Проверьте, соответствуют ли они тем семи признакам достойной цели, о которых уже шла речь — и убедитесь сами…

Дебютная стадия игры заканчивается тогда, когда творческая личность выбрала себе достойную цель в жизни и готова преодолеть любые преграды для достижения этой цели. Все фигуры сделали свои первые ходы, пора начинать атаку. Партия переходит в миттельшпиль.

НАЧАТЬ С ДЕБЮТА

Я не буду рассказывать обо всех ходах — вы же понимаете, насколько сложна партия под названием "жизнь". Стандартный анализ, описанный в книге Альтшуллера и Верткина, насчитывает 18 ходов в дебюте, 50 ходов в миттельшпиле и 17 ходов в эндшпиле. Разумеется, возможно множество вариантов — ведь против творческой личности играет сама жизнь, которая, как полагают многие, непредсказуема.

Предсказуема, господа! В этой жизненной игре без правил, оказывается, существуют очень четкие правила, и вам только кажется, что жизнь творит с вами, что хочет. Чаще всего бывает, что на определенный ход творческой личности жизнь отвечает именно так, как записано в "задачнике" Альтшуллера и Верткина.

К сожалению, творческий человек далеко не всегда способен интуитивно понять, правильно ли он ведет свою партию. Он совершает очередной поступок, ошибается и… Все. Проигрыш. Мат белым. Игра закончена.

Вот пример. Оказывается, творческая личность никогда не должна соглашаться стать руководителем большого проекта. Даже если этот проект она сама и предложила. Это — сильный ход черных в миттельшпиле, это шах белому королю. Этим ходом жизнь лишает творческого человека возможности творить. Нельзя соглашаться, творческий человек должен оставаться наедине с собой. Пусть руководят другие. Есть ведь творческие натуры, чье призвание — руководить, вот пусть они этим и занимаются. Вам может показаться это странным, но Альтшуллер и Верткин утверждают, что С.П.Королев потерпел жизненное поражение, когда стал руководить ОКБ. Он был замечательным конструктором, а стал "нормальным" руководителем. И дальнейшие разработки ОКБ Королева не внесли в развитие ракетной техники ничего нового. Да, был "Восток", был "Союз" — но эти корабли могли быть выполнены на гораздо более высоком качественном уровне, если бы Королев создавал, а руководил его вечный конкурент Глушко. Но жизнь коварна, она сделала стандартный ход, и первыми на Луне оказались американцы…

Кстати, жизнь одного из создателей жизненной стратегии творческой личности (ЖСТЛ) соответствовала ими же созданной стратегии. Г.С.Альтшуллер всегда делал только самые сильные ходы. Его целью было — создать теорию сильного мышления. Такая теория (ТРИЗ — теория решения изобретательских задач) создана. Автор ее избежал практически всех жизненных искусов. Результат: ни должностей, ни званий, ни даже высокой пенсии. Еще результат: ТРИЗ стала признанной во всем мире теорией. Имя Альтшуллера сохранится как сохранились имена Менделеева, Эдисона, Ландау. А должности… Это не для творческого человека.

Что до И.М.Верткина, то он, зная все тонкости игры в миттельшпиле, предпочел слабый двадцать пятый ход сильному. С ним все в порядке. Но замечательная книга "Жизненная стратегия творческой личности" вряд ли теперь будет иметь продолжение…

Вас не испугали правила игры без правил? Вы хотите стать творческим человеком? Благое желание — но начинайте непременно с дебюта.

ИДЕЯ В ПОДАРОК

Лет пятнадцать назад, в том еще Союзе, одно столичное министерство проводило семинар по теории решения изобретательских задач. Официально теория еще не получила признания, и печально известный ВОИР, попортивший изобретателям немало крови, боролся с новыми веяниями, как в свое время — с вейсманизмом-морганизмом. Но министерства уже успели разглядеть свою выгоду и время от времени собирали со всего Союза способных людей, чтобы опытные преподаватели обучали их творчеству.

После очередного занятия, на котором Генрих Альтшуллер рассказывал о жизненной стратегии творческой личности (ЖСТЛ), подошел к нему известный математик и сказал: "У меня нет сомнений в том, что я творческий человек. И у меня есть своя школа в математике, меня знают во всем мире. Мои ученики разрабатывают то, что я предлагаю, но мне не нравится то, что они делают. Как мне быть? Настаивать на своих идеях? Или примириться? Что советует ЖСТЛ?"

Для начала подумайте: как бы вы сами поступили в подобных обстоятельствах? Понимаю, что у большей части читателей "Вестей" нет своей школы, но ведь на то и нужна фантазия, чтобы представить себя в неожиданных обстоятельствах! Я почему-то уверен, что очень многие читатели скажут: нужно бороться! Творческая личность должна бороться за свои идеи, особенно — если ученики эти идеи извращают. Так вот, господа, это заблуждение. Один из ходов в эндшпиле "жизненной партии" описан так. "Черные (жизненные обстоятельства) растаскивают по кусочкам результаты, полученные белыми (творческой личностью). Ответный ход белых — переключиться на разработку новой цели." В общем, так: воруют? Пусть воруют, не жалко.

Согласитесь, ход неожиданный, но именно таким образом должна поступить творческая личность. На этом этапе, кстати, очень многие ученые вдруг сдавались, и "жизненная партия" заканчивалась для них не блестящей победой, а серенькой ничьей. Хотите пример? У физиков он перед глазами: судьба Макса Планка, создателя квантовой теории. Планк сказал, что свет — это частицы. У него появились ученики, физики ухватились за блестящую идею и начали ее разрабатывать. А Планк должен был идти дальше. Должен был сделать следующий ход: объявить, что вся классическая волновая физика была ошибочной. Это был бы сильный ход творческой личности! У Планка не хватило духа этот ход сделать. Сложилась беспримерная в истории науки ситуация: подарив миру великую гипотезу, ее автор испугался масштаба последствий и начал… противодействовать собственным ученикам. Планк не хотел, чтобы квантовая теория укоренилась в науке!

В этом эндшпиле неправильный ход может довести до трагедии. Так, великий Больцман, предсказав на основании созданной им термодинамики "тепловую смерть Вселенной" (сильный ход), испугался масштаба собственного открытия и покончил с собой. Пользуясь шахматной терминологий, он "сдал партию в абсолютно выигранной позиции".

ЖСТЛ — парадоксальная теория, и предлагаемая ею стратегия часто выглядит очень непривычно. Но нужно иметь в виду: ЖСТЛ основана на изучении множества реальных биографий и ситуаций.

А вот вопрос на засыпку. Представьте себе, что никто у вас идей не крал, и даже наоборот: все ученики очень вас просят не бросать их и помогать разрабатывать те идеи, которые вы им подарили "с барского плеча". Разве это плохо? И что вы им ответите?

ИГРАТЬ ДО КОНЦА

Поступки творческой личности часто выглядят нелепыми и неразумными. Но они всего лишь парадоксальны. Помните вопрос: что должен ответить творческий человек на просьбу учеников остаться с ними и руководить разработкой уже решенной, в принципе, проблемы? Тут вам и слава, и почет, и, может быть, Нобелевская премия… "Нет, — отвечает творческая личность, — я не против премий и согласен даже прочитать Нобелевскую лекцию, но извините, заниматься решенными проблемами не буду. Меня это не интересует." Если цель достигнута, творческий человек не должен зацикливаться на том, чтобы непременно самому внедрить свое достижение в практику. Пусть это делают другие. А мы пойдем вперед — к новой цели.

Это легко сказать! Именно здесь, в эндшпиле, после того, как белые (творческая личность) делают сильный ход — перестают работать над достигнутой уже целью и начинают заниматься новой проблемой, — черные (жизненные обстоятельства) тоже переходят в атаку: один из ходов означает эскалацию репрессий против творческой личности и созданной ею школы. Вы думаете, что это лично товарищ Сталин изобрел такой замечательный способ борьбы с творческими людьми, как "научные шарашки" и лагеря? Нет, вождь всего лишь хорошо играл в деловую игру под названием ЖСТЛ — на стороне черных, конечно, на стороне жизненных обстоятельств. В этих условиях стратегия игры рекомендует творческому человеку заняться созданием архива: заняться сбором книг, статей, неопубликованных рукописей, деловых писем, дневниковых записей… Это не потеря темпа, оказывается, такой ход нужно сделать, чтобы потом, на стадии игры, именуемой Постэндшпилем, получить преимущество в борьбе против жизненных обстоятельств и выиграть эту сложную партию.

Это бывает мучительно трудно. И, кстати, трудно не столько для самого "игрока" (он-то понимает, почему делает тот или иной ход), сколько для близких людей — они-то не творцы, им-то поступки мужа, отца или брата (а может, сестры?) кажутся нелепыми, эгоистичными, даже самоубийственными. Совет: если вы убеждены, что ваш муж, сын или брат (а может, сестра?) — творческая личность, не мешайте ему (ей?) поступать по-своему.

Александр Хазин, ленинградский писатель-сатирик, был упомянут в постановлении ЦК партии о журналах "Звезда" и "Ленинград" после Зощенко и Ахматовой. Все — с той поры печататься ему не давали. Если бы он хоть немного изменил своей музе — сатире… Он не мог. Единственным заработком оставались для Хазина эпиграммы, которые он сочинял для Аркадия Райкина. Хазина знали, как эстрадного автора, а он много лет продолжал писать в стол: романы, пьесы, рассказы, поэмы. Сменялись эпохи, в судьбе Хазина не менялось ничего. Он умер в 1976 году, так и не успев увидеть опубликованным ни один из своих романов. Сейчас это выглядит романтично, а каково было самому Хазину всю жизнь будто находиться в бессрочном тюремном заключении?

Хазин сыграл верно, но главное — верно сыграли его родные и друзья, не мешая творческой личности играть по ей лишь известным правилам…

Самое трудное — последние ходы в этой игре творческого человека с жизненными обстоятельствами. Потому что становится ясно: победить можно лишь в По стэндшпиле, а Подстэндшпиль играет уже не сам творец, а его последователи — после его смерти. Они-то и завершают партию, доводят ее до победы.

Авторы ЖСТЛ Г.Альтшуллер и И.Верткин пишут: "Отдельные действия внешних обстоятельств и творческой личности, как бы они ни были важны, не решают исхода Игры. Лишь только вся совокупность ходов определяет выигрыш или проигрыш человека в "игре" с внешними и внутренними обстоятельствами за достижение Достойной цели."

Создавая Жизненную стратегию творческой личности, Альтшуллер и Верткин хотели привлечь людей к творчеству. Когда ЖСТЛ была создана, авторы спросили себя: а стоило ли это делать? Ведь оказалось, что "плата" за истинно творческую жизнь так неимоверно высока!

Конечно, стоило. Во-первых, если вы считаете себя человеком творчества, то, зная ЖСТЛ, можете представить себе типовые опасности, которые вас ожидают в жизни, и заранее обдумать необходимые контрдействия. И во-вторых, если вы, творческим человеком себя не считаете и играете за "черных", знание ЖСТЛ позволит вам не делать ходов, которые могут повредить "белым". Проиграйте с честью — лишь тогда история поблагодарит вас!

ПОЧЕМУ НАС НЕ ПОНИМАЮТ?

В дебюте игры под названием ЖСТЛ есть ход: белые (творческая личность) хотят внедрить результаты своей работы, а черные (внешние обстоятельства) отвечают отказом, равнодушием, волокитой. Почему? Из вредности? Вовсе нет. Существуют шесть вполне объективных причин.

Причина первая: плохое, непопулярное изложение материала не позволяет понять суть новшества. Даже гении страдали от этого. В 1829 году Лобачевский опубликовал мемуар "О началах геометрии", написанный сжато и непонятно.

Гениальная, в принципе, работа, но даже академик Остроградский ровно ничего не понял и только выразительно пожал плечами. Что должен был сделать Лобачевский — обидеться на весь мир? Он был творческой личностью и поступил согласно требованиям ЖСТЛ: потратил немало времени для того, чтобы сделать изложение доступным для понимания. Так появилась неэвклидова геометрия, великое достижение науки. А если бы Лобачевский, как многие наши олим, встал в позу и начал бы утверждать: "все против меня, все дураки, никому ничего не нужно…"?

Возможно, тогда неэвклидова геометрия носила бы сейчас чье-то другое имя.

Причина вторая: полученные результаты противоречат общепринятым воззрениям. В Израиле, скажем, все фирмы пользуются какой-то одной технологией производства пластмассы, и вот приезжает репатриант, который изобрел куда лучший способ. Ему говорят "обойдемся", и он жутко обижается, впадает в депрессию, проклинает "этих тупых израильтян". Израильтяне здесь не при чем, они-то играют по правилам. Вот и оле должен научиться играть по правилам ЖСТЛ, если он, конечно, творческая личность. Один из ходов: не принимают, ну и ладно; в 1624 году Гарвея, открывшего кровообращение, никто и слышать не хотел, самые выдающиеся авторитеты говорили: "кровь не обращалась, не обращается и никогда обращаться не будет". Сейчас-то все знают, что Гарвей был прав…

Причина третья: уязвленное самолюбие специалистов мешает им признать новое достижение, предложенное творческой личностью. Вы пришли в фирму и предложили замечательную идею, а на вас посмотрели как на пустое место? Странно, если бы случилось иное. Кстати, согласно теории, если вас все-таки выслушали и даже отправили по инстанциям, следующим ходом "черных" должно стать утверждение, что "ничего нового этот оле не предложил, все это давно известно". Готовьтесь именно к такому развитию событий.

Причина четвертая: творческая личность предлагает новую тему, но ее нет в плане, в ней нет потребности, да и специалистов этого профиля нет тоже. Именно так случилось с открытием лазера, а затем — с открытием голографии. Десять лет пришлось авторам ждать, пока в идеях лазера и голографии появилась потребность. Тогда и пришло признание. Если у вас нет терпения ждать, кого же винить в этом, кроме самого себя?

Пятая причина: актуальность темы ясна, но эта тема… из другого ведомства. Наверняка многих олим-изобретателей отфутболивали под таким предлогом. Ведомственный подход не злокозненными сабрами придуман. К сожалению, это естественное явление…

Причина номер шесть: некомпетентность специалистов. Профессор, к которому пришел новый репатриант, понимает в проблеме недостаточно и оценить не может. Ситуация стандартная для игры в миттельшпиле. Теория ЖСТЛ предлагает в этом случае: искать возможность так преподнести идею, чтобы даже некомпетентный специалист понял необходимость внедрения. ЖСТЛ вовсе не требует от творческой личности призывать к свержению правительства, которое назначило некомпетентного министра, или к отставке министра, который терпит некомпетентного директора. Это другая игра, и правила у нее свои…

Обидно, конечно, когда не понимают, не принимают и вообще не дают работать. Обидно, но… естественно. Играйте по правилам ЖСТЛ, и вы победите. Если, конечно, хватит сил доиграть до конца.

ЗАДАЧНИК ДЛЯ ТВОРЦА

Вообще говоря, прежде чем приступить к решению задач, нужно хорошо усвоить теорию. Но изучать ЖСТЛ — жизненную стратегию творческой личности — можно до конца жизни, особенно, если изучаешь на собственном примере. С другой стороны, решая задачи, лучше понимаешь теорию. Вот и попробуйте представить себя на месте творческой личности. Как бы поступили вы? Какие вы можете предложить решения? Не ждите ответов в следующем номере — их не будет, а почему — вы сами поймете, прочитав условия задач.

Задача первая. Вообразите себя на месте известного полярного исследователя О.Ю.Шмидта. В 1909 году, будучи студентом, Отто Юльевич составил список необходимых книг, отведя на чтение каждой определенное число часов. Когда он подсчитал, оказалось, что для того, чтобы прочитать все отобранные книги, нужна… тысяча лет!

Вот вам задача. Составьте и обоснуйте список из десяти художественных книг, чтение которых представляется вам совершенно обязательным для творческого человека. А потом составьте список из десяти абсолютно необходимых научно-технических книг. Когда (и если) вы справитесь с этим заданием, отберите десять абсолютно необходимых книг по истории. Пришлите ваши списки в редакцию, и совместными усилиями мы, возможно, узнаем, наконец, без каких тридцати книг современный человек, претендующий на звание творческой личности, не может обойтись ни в коем случае.

Задача вторая. Рассказывая о ЖСТЛ, я упоминал о дебютном ходе: о том, что путь в творчество чаще всего начинается с какого-то события, запомнившегося на всю жизнь. Попробуйте конкретизировать. Какое событие, по вашему мнению, способно перевернуть жизнь ребенка дошкольного возраста? Может быть, вы сами оказались причастны к такому событию в жизни вашего сына или внука? Может быть, такое событие произошло в вашей жизни, когда вы еще "под стол пешком ходили"?

Если вы справились с этим заданием, подумайте, как нужно воздействовать на личность школьника пятого класса? На выпускника средней школы? На студента, обладателя первой степени? На молодого специалиста? На опытного инженера сорока лет? На "молодого" пенсионера?

Подчеркиваю: речь идет о том, каким должен быть в каждом случае начальный толчок, способный изменить жизнь. И не нужно улыбаться — даже пенсионер, никогда творчеством не занимавшийся, способен "вдруг" ощутить в себе некие силы. Нужен толчок, импульс, вот и подумайте, каким он может быть.

Задача номер три выглядит достаточно простой, но только на первый взгляд. В ней есть "подводный камень": решая задачу, вы, сами того не желая, можете сыграть не за творческую личность, а за "черных", за жизненные обстоятельства.

Постарайтесь, чтобы этого не случилось. А условие задачи таково: назовите цель (например, связанную с вашей специальностью), которая сегодня считается еретической, безумной, бредовой, но через 50-100 лет станет, по вашему мнению, признанной и вполне респектабельной. И, кстати, скажите, пожалуйста, почему вы сами эту цель не разрабатываете? Кишка тонка? Или не хочется лишних неприятностей?

Четвертая задача более конкретна. Мы уже не мыслим себе жизни без автомобилей, пробки на израильских дорогах стали привычным явлением. Но, с другой стороны, автомобили разрушают биосферу, уничтожают запасы нефти, убивают людей. Предположим, что у вас есть возможность отменить полностью или частично "автомобильный образ жизни". Как бы вы построили наш безавтомобильный мир? Как решали бы производственные задачи? Какие другие ценности предложили бы жителям страны вместо так любимого ими автомобиля? Как удержали бы жителей от бегства в другие страны, где автомобиль не стал "персоной нон грата"?

Попробуйте сконструировать такой реальный безавтомобильный мир. Задача очень непростая, вполне достойная творческой личности, овладевшей приемами развития фантазии. Кстати, не предлагайте перейти на электромобили — это ведь ничего в принципе не меняет.

СЫГРАТЬ ЗА "ЧЕРНЫХ"

До сих пор мы рассматривали игру под названием "жизнь" с точки зрения игрока, играющего за "белых". Мы представляли себя творческими личностями, мы добивались своих целей, а внешние обстоятельства, игравшие за "черных", нам, естественно, мешали. Но согласитесь, в реальной жизни часто случается так, что нам с вами достается неблагодарная роль играть за "черных". К примеру, вы работаете в патентном бюро, и к вам приходит изобретатель… Вы называете его "чайником", он досаждает вам своими претензиями, и вы с легкой душой отправляете его прочь, делая, таким образом, классический ход "черных" в окончании дебютной стадии ЖСТЛ.

Господа, если вам доведется играть за "черных", помните, что играете вы не в шахматы, и что "белые" — это не противник за доской, а творческая личность, которой вы можете сломать жизнь!

И чтобы вы поняли сложность игры, вот еще две задачи из учебника ЖСТЛ. Я приведу два отрывка, две модели ситуаций, две "позиции" в игре. А вы подумайте, как поступили бы вы, играя за "белых". А за "черных"? И еще — как бы вы поступили, глядя на игровую ситуацию со стороны?

Позиция первая — отрывок из школьного сочинения, посвященного теме "Кем я хочу стать?":

"Я хотел бы, получив аттестат, пойти в армию и овладеть профессией водителя. После армии я бы хотел купить дом, но не в городе, а где-нибудь в селе, жениться и иметь трех детей, а также собаку и автомобиль. А может, я и не женюсь и буду холостяком. Стране нужны счастливые люди, у которых есть работа. Сперва нужно исходить из этого."

Вы думаете, что это простая позиция? Вы ошибаетесь. Определите для начала, кто здесь "белые", а кто "черные"!

А вот второй отрывок, вторая жизненная позиция. Приведенные ниже слова написаны на старости лет Альбертом Эйнштейном:

"Я никогда беззаветно не принадлежал ни стране, ни государству, ни кругу друзей, ни моей семье. Внешние условия играли второстепенную роль в моих мыслях и чувствах. Восприятие мира рассудком, отбрасывая все субъективное, стало сознательно или бессознательно моей высшей целью… Материальное благополучие и счастье не казалось мне единственной целью жизни."

Позиция ясна, верно? Попробуйте сыграть за "черных", за внешние обстоятельства. А потом поставьте себя на место "белых" и сделайте ход за Эйнштейна. Нет, я не прошу, чтобы вы заново создавали теорию относительности! Ведь мы играем не в науку, а в жизнь…

Кстати, о жизни. Согласитесь, что сейчас не время для одиночек. Если в начале века Эйнштейн мог сам создать новую теорию, включая ее математический аппарат, то в наши дни чаще приходится говорить не о творческой личности, а о творческих коллективах. Конечно, если против жизненных обстоятельств играет не личность, а коллектив, правила игры немного меняются. Пример идеального творческого коллектива — три мушкетера и Д'Артаньян из романа Александра Дюма. Каждый из четверки друзей имеет свою особенность, каждый играет свою роль, и все они взаимно дополняют друг друга. Именно исходя из такого "принципа дополнительности" и должен создаваться творческий коллектив — это одно из важнейших условий для победы. А теперь присмотритесь: часто ли вы сами или ваши знакомые олим, создавая фирмы или открывая новое дело, подбираете себе компаньонов, пользуясь "принципом дополнительности"? И не потому ли так много олимовских фирм терпят поражение уже в дебюте? "Черные"-то играют по правилам и обычно делают лучшие ходы!

Вот еще одна задачка: как по-вашему, может ли творческий коллектив состоять только из нетворческих личностей? Что будет представлять собой такой коллектив, как он будет функционировать, какие задачи сможет решать? Одно дело, если речь идет о посреднической фирме (кстати, добьется ли успеха такая фирма, если в ней нет ни одной творческой личности?), и совсем, вроде бы, другое — коллектив ученых, созданный для решения научной задачи…

ПОСЛАНИЕ К ПОТОМКАМ

Как-то подобное задание уже было поручено группе американских ученых, которые готовили к полету автоматическую межпланетную станцию "Пионер". Это был первый земной аппарат, которому предстояло улететь за пределы Солнечной системы. Надо полагать, участники эксперимента прекрасно понимали, насколько ничтожен (практически равен нулю!) шанс, что когда-нибудь где-нибудь кто-нибудь случайно обнаружит летящий между звездами аппарат с неведомой планеты по имени Земля. И все-таки дело было сделано — в приборный отсек "Пионера" ученые поместили "послание к инопланетянам" — вымпел с изображением атома кислорода, Солнечной системы, мужчины, женщины и самой межпланетной станции. Немногословное послание, но ведь оно было первым. Потом, когда к границам Солнечной системы отправился "Вояджер", ученые обратились к инопланетянам с более "подробным" посланием — были тут и записи земной музыки, и голоса людей, и много другой информации.

Ученые, составляя "письмо", проявили большую фантазию, но… не кажется ли вам, что потрачена она, как бы помягче выразиться, немного впустую? Послание к каким-то инопланетянам, которых, возможно, и вовсе нет, а если они и существуют где-то в тысячах световых лет от нас, то разве обнаружат они когда-нибудь "Пионер" или "Вояджер"? Это ведь даже не иголки в стоге сена…

Нет, господа, для вас, уже овладевших кое-какими приемами фантазирования, существует задача, более актуальная и, кстати, пока еще не решенная. Задача для творческой личности.

Согласитесь, что жить на нашей планете довольно опасно. Тут и атомные бомбы, и химическое оружие, и непредсказуемый характер диктаторов типа Саддама Хусейна, я уж не говорю о природных катаклизмах, с которыми человечество ровно ничего не может поделать — землетрясения, ураганы, а говорят, что еще и гигантский метеорит вот-вот свалится на Землю, сразу превратив ее в безжизненную пустыню…

Вообще говоря, творческая личность, в предвидении возможной гибели, обычно составляет нечто вроде завещания, передает потомкам свой опыт, свои знания. Вспомните кумранские рукописи, дневники Бомбара, записи капитана Скотта…

А человечество в целом — разве это не аналог творческой личности со своей сложной судьбой? Вот задание номер один: как по-вашему, ведет ли себя наша цивилизация в соответствии с правилами ЖСТЛ? Правильно ли человечество отвечает на ходы "внешних обстоятельств"? Какую часть "партии" мы сейчас играем — миттельшпиль, эндшпиль? А может, мы еще в дебюте, и у человечества все еще впереди?

Задание номер два посложнее. Если человечеству угрожает опасность (пусть даже от самого себя, с творческими личностями и такое случается), то настало время составить "завещание". Послание потомкам. Письмо грядущей цивилизации, которая когда-нибудь придет на смену человечеству. Атланты погибли, и мы ничего о них не знаем, а разве это хорошо? Возможно, мы могли бы избежать многих ошибок, если бы перед нами лежало "завещание", составленное представителями этой древней цивилизации. Не будем такими же легкомысленными. Может быть, новое человечество появится на Земле через миллион лет — пусть оно избежит наших ошибок.

Итак, внимание, вопрос. Каким способом передать информацию потомкам? Ведь сегодня неизвестно, кто придет нам на смену. Как сделать, что потомки сумели без проблем прочитать послание? Как сделать, чтобы нашему "завещанию" поверили, чтобы не отнеслись к нему, как к древнему мифу, мрачному, суровому и… бесполезному? Я уж не говорю о главной проблеме: что, собственно, написать в "завещании"?

Не подумайте, что это абстрактная проблема, всего лишь тест на воображение. Все очень серьезно. Думаю, не стоит еще раз напоминать: нынешнего запаса ядерных бомб хватит, чтобы тысячу раз уничтожить жизнь на планете. Кроме того, проблема "завещания" — из тех, над которыми может задуматься и программист высочайшего класса, и пенсионер, и любитель фантастики, и ярый ее противник. Помните главу о Достойной цели? Так вот вам Достойная цель — может быть, кто-нибудь пожелает посвятить этой цели жизнь?

Часть 5

Плохо — это хорошо

После серьезных разговоров о жизненной стратегии творческой личности, возникновении и гибели научных школ необходимо немного расслабиться — тем более, что через неделю нам предстоит беседа еще более серьезная: о судьбе цивилизации. Можно для развлечения рассказать несколько анекдотов о творческой фантазии (например, о том, как профессор Кох экзаменовал своего лаборанта), но я предлагаю поступить иначе. Каждый из вас знает не один десяток анекдотов. Так вот, любой анекдот создается по всем правилам РТВ — науки о развитии творческого воображения. Впрочем, рассказчики анекдотов об этом и не подозревают. Что такое анекдот? Это некая жизненная ситуация плюс неожиданность в финале. Предлагаю задание: вспомните ваш любимый анекдот и попробуйте ответить на вопрос — какой из уже известных вам приемов фантазирования был использован для создания финальной фразы?

Для примера — короткий анекдот, всего одна фраза: "Моя мечта — ограбить банк и оставить отпечатки пальцев своей тещи". Ограбление банка и отпечатки пальцев — ситуация стандартная, фантазии в ней не видно. Используем ПРИЕМ ВНЕСЕНИЯ: придадим данному объекту свойство другого объекта. Иными словами — обычно грабитель оставляет свои отпечатки пальцев. Значит, ситуация требует, чтобы это были отпечатки пальцев другого человека. Кого именно? Своего врага, конечно. А разве есть у мужчины больший враг, чем родная теща?…

Итак, "поверив алгеброй гармонию", попробуйте препарировать несколько анекдотов и отыскать использованный прием (впрочем, предупреждаю: после такой "операции" вы уже никогда над этим анекдотом не засмеетесь). А еще — попробуйте придумать анекдот сами. Возьмите стандартную ситуацию ("возвращается муж из командировки…") и примените любой из приемов развития творческой фантазии. Второе "задание для отдыха" проще первого и больше напоминает игру. Собирается вечером в салоне вся ваша большая семья, и вы начинаете: "Идет дождь. Это хорошо, потому что лучше растут цветы". Жена подхватывает: "Цветы растут лучше — это плохо, потому что, когда в квартире много цветов, начинает болеть голова". Дочь говорит: "Но когда болит голова — это хорошо, потому что тогда не нужно делать уроки". А сын продолжает "Если не нужно делать уроки — это плохо, потому что тогда меньше знаешь." Опять ваша очередь: "Меньше знать — это хорошо, потому что…"

Поняли принцип? Так и продолжаете "это хорошо потому, что… а это плохо потому, что…" И тянете цепочку до тех пор, пока не окажется, что для очередного раунда вы уже не в состоянии придумать логичной причины. Самая длинная из известных мне цепочек насчитывает около двухсот (!) звеньев, среди которых немало любопытных фантастических идей.

На одном из занятий по развитию воображения в Израиле было предложено тянуть цепочку, начиная с фразы: "Алия из России — это хорошо, потому что в страну приезжают замечательные специалисты". Это ведь очевидно, не так ли? Человек, незнакомый с методами РТВ, на этом утверждении останавливается, полагая, что открыл истину в последней инстанции. Но мир наш противоречив, и цепочку нужно тянуть дальше. Итак: "приезд замечательных специалистов — это плохо, потому что…" Почему? Да потому, например, что новый специалист нарушает сложившееся в обществе равновесие. Но — дальше: "равновесие в обществе — это хорошо, потому что"…

Дальше не продолжаю, играйте сами. Для справки: на том занятии по развитию воображения, о котором я упомянул, одно из звеньев цепочки (кажется, тридцатое по счету) оказалось таким: "Гибель динозавров — это хорошо, потому что…" От алии из России до гибели динозавров. И еще дальше — через полчаса дошли до сотворения мира, и кто-то заявил: "Сотворение мира — это плохо, потому что…" Тут наступило молчание, и люди разошлись по домам. Что ж, попробуйте начать с утверждения, что "алия — это хорошо" и дойти до "сотворение мира — это просто замечательно". А что получится, если начать с противоположного утверждения: "алия — это плохо"?

ГУМАННЫЕ УБИЙЦЫ

Аральское море скоро останется только на фотографиях и кинопленках. Практически вымерли бизоны. Еще лет сто или двести, и в недрах Земли не останется ни нефти, ни угля. А тут еще напасть — озоновая дыра в атмосфере… В общем, человек уничтожает природу, как только может. Самое время взглянуть на экологическую проблему, воспользовавшись методами развития творческой фантазии. Ясно, что нужна какая-то новая, безумная, фантастическая идея — обычными методами природу не спасешь. Попробуйте свои силы, воспользуйтесь известными вам приемами и придумайте идею, которая позволила бы сохранить от уничтожения леса и рощи, зверей и птиц.

Лет десять назад на одном из семинаров по ТРИЗ Г.С.Альтшуллер обратился с призывом к слушателям: "Давайте совместными усилиями спасем природу!"

Семинар уже заканчивался, курс развития воображения пройден, и идеи, которые были предложены, оказались поистине глобальными и фантастическими. Но… проблему не решили.

Вывод, который был сделан, оказался парадоксальным, непривычным и, вероятно, в силу этих обстоятельств, — правильным. Не нужно спасать природу, господа.

Природа гибнет не потому, что мы, люди, такие плохие. Есть объективные законы развития техники, и никто не может их отменить. Техника побеждает природу, и это объективный закон. Природа обречена. И нужно не тормозить этот процесс, накладывая огромные штрафы на гнусных капиталистов, уничтожающих естественную среду. Нет, нужно другое — нужно уже сейчас учить людей жить в будущем мире, где техника окончательно победит природу и заменит ее.

Вам не нравится такая перспектива? Вам хочется, чтобы ваши внуки могли резвиться на траве, а не сидели в герметизированных классах? Так ведь, наверно, и обезьяне когда-то очень не хотелось слезать с дерева и начинать новую, непривычную, человеческую жизнь. Закон природы, господа, а мы спорим…

Может быть, среди читателей найдется человек, способный решить проблему иначе — он заслужит золотую медаль "Спаситель природы". Теория фантазирования дает иное решение и иной совет: нужно не ждать, когда гибель природы станет очевидной для каждого, а уже сейчас готовить человека к грядущей жизни в мире, где "править бал" будет техника.

Советские инженеры Г.Альтшуллер и М.Рубин опубликовали статью, которая называлась "Что будет после окончательной победы". Г.Альтшуллер и М.Рубин задачу решили, придумав некий бесприродный технический мир (БТМ).

Вообще говоря, мы уже начали строить БТМ, не очень-то об этом задумываясь. Мы редко бываем на "свежем" воздухе, не пьем ключевой воды, почти не едим биологически чистых продуктов. Это — первая фаза создания БТМ, когда среда обитания уже в значительной мере "бесприродна", но жизнеобеспечение все еще основано на природных системах. А потом (лет через двадцать? полвека?) начнется следующая фаза, промежуточная: часть функций жизнеобеспечения будет выполняться искусственно. Тогда и до третьей, окончательной фазы рукой подать: возникнет идеальный "бесприродный" мир, в котором человек перестанет вообще зависеть от "естественной природы": нам будет все равно, идут ли за стеной кислотные дожди, высохли ли уже океаны, погибло ли последнее дерево…

Самое парадоксальное во всем сказанном: создать БТМ, в принципе, возможно уже на сегодняшнем уровне развития техники. Печальный вывод. Ибо, если что-то становится возможным, оно осуществляется. Человек — существо гуманное. И если нам суждено убить природу, то почемуне сделать это как можно быстрее, зачем заставлять природу мучиться?

Подумайте еще и над этим вопросом.

МИР БЕЗ ПРИРОДЫ

Итак, задача не для слабой фантазии: человек победил природу и, повздыхав о травке и лесочках, принялся строить новый, "бесприродный" мир. Дело, конечно, не сегодняшнего дня, но, если вы думаете, что нашим внукам не придется с этой проблемой столкнуться, то вы ошибаетесь. Точно так же лет сто назад, когда появились первые автомобили, всем казалось, что уж лошадь-то эти повозки никогда не заменят…

Каким должен быть "бесприродный" мир? Прежде всего — надежным. Или, как говорят инженеры, — избыточным. Посмотрите, как надежна природа: сколько гадостей мы уже с ней сотворили, а она все еще зализывает раны. Лет двадцать назад экологи забеспокоились: мелеет Каспийское море. Почему? Ответ казался очевидным — слишком много воды люди забирают из Волги. Что делать? Решили перегородить залив Кара-Богаз-Гол. В результате залив стал рассадником всяческой заразы, а попутно вдруг оказалось, что уровень Каспия не понижается, а повышается, причем так быстро, что в Баку затопило весь нижний ярус Приморского бульвара. У природы хватило (пока хватило!) сил зализать эту рану. Но если бы такой "прокол" произошел в "бесприродном" мире, где все рассчитано, где нет запаса прочности, это обернулось бы глобальной катастрофой!

И еще одна проблема непременно возникнет перед человечеством. Не столько техническая, кстати, сколько социальная, хотя решать ее придется техническими средствами. Такие уж мы существа — люди, — нам хочется быть уверенными, что мир будет существовать всегда. Во всяком случае, чтобы хватило и на нас, и на наших внуков и правнуков, а там, как говорится, видно будет. До поры, до времени природа давала нам такую уверенность. Сейчас уже не дает, и жить становится как-то менее уютно. А как же будет существовать человек в "бесприродном" мире, если любая техническая ошибка окажется чревата мировой катастрофой? В 1995 году авария на подстанции на три часа оставила весь Израиль без электричества. Такая мелочь — загорелась трава… А если нечто подобное случится в масштабах планеты? И не на три часа, а на неделю?

Вот проблема, над которой современные инженеры и даже футурологи просто не задумываются. Футурологи рассуждают о "постиндустриальном обществе", которое, по идее, не будет сильно отличаться от нашего. Во всяком случае, в рассуждениях футурологов природа существует — всякие там деревья, реки, животный мир. Но ведь ничего этого не будет! А жизнь продолжится, и в той, будущей, жизни должна быть своя красота.

Красота — это еще один принцип, без которого, согласно конструкторам "бесприродного" мира Г.Альтшуллеру и М.Рубину, невозможно будет обойтись. Красота природы — это понятно, хотя и не всегда объяснимо. А красота "бесприродного" мира? Красота природы существовала изначально, красоту "бесприродного" мира человек вынужден будет создавать сам. Мы это умеем? Да, скажете вы. Разве не красив автомобиль? Или телевизор? Но, господа, это примеры временной красоты, через год ваш автомобиль покажется этаким монстром, а вовсе не эталоном изящества. Красота техники преходяща, а красота тигра — на все времена. Вот только что станет с этой красотой, когда все тигры вымрут? Не так уж много можно вспомнить случаев, когда человеку удалось создать вечную красоту, не существующую в природе. Например, музыку. В природе существовали только шумы, а теперь есть (и надеюсь, будут всегда) симфонии Бетховена, народные песни и даже не всеми любимые рок-ансамбли…

Вот вам задание, выполняя которое вам придется употребить всю свою творческую фантазию и все те приемы, которые мы уже изучили. Собственно, даже не одно задание, а несколько. Во-первых, попробуйте хотя бы вчерне придумать и продумать мир без природы — но не мир-клетку, вроде того, где обитают герои бесконечного сериала "Звездный путь", а мир, в котором было бы приятно и интересно жить. Во-вторых, придумайте и продумайте, какой будет в этом "бесприродном" мире красота, которой придется заменить красоту природы. Не будет в том мире изумительных закатов, когда солнце, раскаленное докрасна, тихо погружается в сине-черные морские волны.

Будет что-то иное. Что?

ПОСПЕШАЙ МЕДЛЕННО…

Говорят, что в древности люди умели и знали много такого, о чем мы сейчас не имеем ни малейшего представления. Как они сумели без современных строительных приспособлений воздвигнуть пирамиды в Гизэ и веранду в Баальбеке? Откуда древние жители Северной Африки знали, что около Сириуса вращается горячая маленькая звезда — белый карлик? Некоторые даже утверждают, что древние и летать могли, а некоторые даже этому верят. Почему нет — если предки умели так много, то, возможно, что они умели еще больше!

Не знаю, могли ли люди в древности излечивать неизлечимые ныне болезни, но о теории развития воображения и о методах изобретательства они, по-видимому, какое-то представление имели. Не думаю, что три тысячи лет назад некий древний изобретатель создал ТРИЗ, как это сделал Г.С.Альтшуллер. Но те два-три десятка приемов развития фантазии, о которых уже шла речь, известны были и древним иудеям, и древним египтянам, и древним русичам тоже. Знаете, что в этом убеждает? Нет, не изобретения, которые были сделаны когда-то, а потом забылись. Раз уж забылись, то и говорить не о чем. Существует, однако, форма творчества, для которой нет преград времени. Это — пословицы и поговорки. Достаточно вспомнить хотя бы несколько, и сразу становится ясно, что древние знали о существовании приема "наоборот", а приемами уменьшения и увеличения пользовались в повседневной жизни.

"Разделяй и властвуй" — замечательный приемчик, которым и поныне пользуются не только политики, но и деятели районного масштаба. Изречение это было придумано во времена Древнего Рима, а, скорее всего, еще раньше. Классическое, можно сказать, использование приема дробления! Или из английского фольклора: "чем выше заборы, тем лучше соседи". А также из русского: "разложить по полочкам" или "дружба дружбой, а табачок врозь". Все эти, а также многие другие аналогичные поговорки созданы с помощью одного из простейших ТРИЗовских приемов. А может, наоборот: ТРИЗ использовал то, что народная мудрость знала много лет назад?.. Вспомним прием объединения. "Если народ един, он непобедим". Или: "копейка рубль бережет". А также: "дружный табун и волков не боится".

Всем известно классическое изречение Горация: "соединим приятное с полезным". В наши дни, впрочем, многие поступают наоборот (тоже, заметьте, используя прием ТРИЗ!): соединяют неприятное с бесполезным. Эффект — соответствующий.

Прием "наоборот" в поговорках используется чаще других. "Из грязи — в князи". Или: "тише едешь — дальше будешь". А также: "друг мой — враг мой". И еще: "не хвались началом — хвались концом". Поговорки, между прочим, возникают и в наши дни, и приемы используются те же. Известная заповедь голливудских продюсеров использует прием "наоборот": "Чтобы сделать хороший фильм, нужен прежде всего дурацкий сюжет".

"Все течет, все меняется", — объявил древний философ, не думая, видимо, что пользуется приемом динамизации. А другой умный человек добавил, используя тот же прием: "Под лежачий камень вода не течет".

Прием "непрерывности" ясно виден в поговорке "ни дня без строчки!" Или: "сказав А, скажи Б". И еще классическое: "Король умер, да здравствует ко роль!"

Вот что любопытно: любой прием развития воображения можно обнаружить в той или иной поговорке. Но и обратное утверждение тоже верно: любую поговорку можно описать с помощью того или иного приема фантазирования. Не всегда это так уж очевидно, как в поговорке "и швец, и жнец, и на дуде игрец" (прием универсальности!). С помощью какого приема, например, создавалась пословица "не зная броду, не суйся в воду"? Или "что посеешь, то и пожнешь"?

Впрочем, не буду перечислять. Попробуйте на досуге вспомнить известные вам пословицы и поговорки. И подумайте: с помощью какого из приемов фантазирования они были созданы.

ТАЙНЫ ЦЕХА

Дурной пример заразителен. Когда в восьмидесятых годах в СССР начали, как грибы после дождя, появляться школы по изучению теории изобретательства, многие "школьники" задавали себе вопрос: "Если существуют четкие приемы развития воображения, то, может, и в нашей узкой специальности есть какие-то приемы, облегчающие работу, а мы о них просто не знаем?" Школы ТРИЗ, замечу, посещали не только инженеры-изобретатели, но и астрономы, журналисты, врачи, и даже домашние хозяйки.

Инженеры из Кишинева Б.Злотин и А.Зусман занялись проблемой: можно ли приспособить приемы развития воображения для решения исследовательских научных задач. Супруги Мурашковские из Елгавы попробовали описать ТРИЗовскими методами развитие… искусства и опубликовали статью, которая так и называлась: "Искусство" от слова "техника". К науке и искусству мы еще вернемся. Сегодня речь пойдет о журналистике.

Инженер И.Викентьев из Санкт-Петербурга (тогда, естественно, Ленинграда) изучил множество газетных и журнальных статей и выявил около десятка типовых приемов журналистики. Думаю, что каждый журналист, ознакомившись со списком И.Викентьева, скажет: "ну, этот прием я давно знал, а этот тоже использовал, хотя и неосознанно, а об этом мне еще на факультете журналистики рассказывали". Все верно. И.Викеньтев не был первым, кто занялся этой проблемой, но он, пожалуй, впервые дал последовательное и четкое описание всех выявленных им приемов.

Прием первый — броский заголовок. Это ясно, не правда ли? Прием второй — в начале текста нужно создать у читателя представление о содержании текста в целом. Это, в общем, тоже ясно, но попробуйте на досуге перечитать десяток-другой статей, и вы обнаружите, что прием этот используется очень редко.

ТРИЗовский прием уменьшения, например, тоже ведь кристально ясен, а многие ли пользуются им последовательно и осознанно?

Прием третий — подача текста короткими главами. Обрыв очередной главы на самом интересном месте ("принцип Шехерезады"). Прием четвертый — повторение: часть текста периодически повторяется подобно припеву в песне. Разумеется — не слово в слово, повторяется идея, мысль, то, что автор хочет непременно донести до сознания читателя. В музыке это называется лейтмотивом.

Прием пятый — точка зрения: в тексте дается неожиданная точка зрения на уже известное читателю событие. Или иначе — сталкиваются две точки зрения, одна из которых непременно должна быть новой, неожиданной, непривычной.

Прием шестой — фиксация внимания: журналисту нужно зафиксировать внимание читателя на каком-то фрагменте текста. Здесь существуют свои "подприемы" — автор, к примеру, может прямо обратиться к читателю и сказать: "а теперь, дорогой господин, вернитесь к первому абзацу, перечитайте его, это очень важно". Еще один прием называется "риторический вопрос". Автор задает один или несколько вопросов, на которые сам и отвечает. Кстати, этим приемом явно злоупотреблял товарищ Сталин, хотя и не был журналистом. "Можем ли мы сказать, что социализм у нас победил? Мы можем сказать, что социализм у нас победил."

Хорошие журналисты, правда, не работают так "в лоб". Известный популяризатор науки Я.Перельман любил задавать вопросы такого рода: "Почему блестят начищенные сапоги?" Или "Почему деревья круглые, а не треугольные?" Вопросы нетривиальны, а ответы, которые дает сам автор, весьма поучительны.

Следующий прием — "ловушка". Журналист, например, делает намеренную ошибку и вовлекает в нее читателя, а потом позволяет читателю самому эту ошибку найти и поразмышлять об ее истоках.

Есть и другие приемы — "сравнение", "намек" и, кстати, все тот же вездесущий прием "наоборот". Скажем, вам нужно написать о том, как сохранить свежий цвет лица, и вы пишете статью под названием "Как быстро подурнеть"…

А теперь вопрос: как, по-вашему, хоть один из перечисленных приемов использован в тексте статьи, которую вы только что прочитали? Если да, то — какой именно? А если нет, то почему же автор пренебрегает правилами?

ОСТАНОВИТЬСЯ, ОГЛЯНУТЬСЯ…

Футурология — серьезная наука, она исследует… будущее. Каким станет общество через десять, тридцать, пятьдесят лет? Какими будут через полвека автомобили? Сохранится ли семья? На эти и на множество других вопросов пытается ответить (и небезуспешно!) специалист-футуролог. Естественно, что, кроме знаний, футуролог должен обладать и богатым творческим воображением — ведь он, в своем роде, мало отличается от писателя-фантаста. Методы у футурологов и фантастов, во всяком случае, похожи. И те, и другие, например, используют приемы "увеличения", "ускорения", "наоборот" и многие другие.

Есть, однако, прием, обожаемый футурологами, к которому писатели-фантасты относятся скептически, потому что знают: это опасный прием, чаще всего он приводит к неверным предсказаниям. Речь идет о методе экстраполяций. Метод, кстати, очень простой, мы с вами им пользуемся ежедневно, и в этом напоминаем футурологов — по крайней мере, ошибаемся точно так же, и точно так же не учимся на ошибках.

Лет тридцать назад молодая еще в то время наука футурология пришла к удивительному выводу: в конце XX века все население земного шара будет заниматься наукой, все люди станут научными работниками! Оппоненты (тоже из футурологов) говорили: ничего подобного — все жители планеты лет через тридцать будут работать в сфере обслуживания. Оглядитесь по сторонам: оба предсказания не сбылись, хотя сделаны были на основании строго научного приема — экстраполяции. В те годы число ученых увеличивалось очень быстро, и если бы эта тенденция продолжалась… Но в те же годы еще быстрее увеличивалось число работников сферы обслуживания, и если бы так продолжалось еще хотя бы полвека. Это и есть прием экстраполяции — вы берете реально существующую тенденцию и продолжаете ее в будущее на десять, тридцать лет… на сто… двести… И непременно приходите к абсурду по очень простой причине — существуют ведь и другие тенденции, а не только та, которую вам вздумалось изучить! Число научных работников увеличивалось (верно!), но возрастала и стоимость научных исследований (вторая тенденция, которая намертво сгубила первую!). Результат: в наши дни число ученых вовсе не увеличивается.

Конечно, не только фантастам, не только преподавателям курсов по развитию воображения, но и футурологам прекрасно известен опасный характер метода экстраполяций. Все знают: экстраполировать явление можно лишь до некоторого предела, а потом неизбежно происходит качественный скачок, и экстраполяция становится бессмысленной, верх берут иные тенденции. Да, все это знают, но… Футурологи разводят руками: наука не может, говорят они, предсказывать качественные скачки, вот нам и приходится экстраполировать "до упора", доводить явление до абсурда, прекрасно понимая, что на самом деле до абсурда и упора дело не дойдет, что-то появится раньше и сломает тенденцию. Что именно? Нет у науки ответа.

А у фантастов — есть. Фантастика тем и отличается от науки, что писатель свободен в полете воображения. Писатель комбинирует тенденции, как хочет, как подсказывает интуиция, и чаще, чем футуролог, оказывается прав, потому что, в отличие от ученого, не боится предсказывать качественные скачки. На занятиях по развитию воображения преподаватель то и дело напоминает: господа, пользуясь приемами, не забывайте о качественных скачках! Куда как просто, заметив тенденцию, сказать: если так будет продолжаться, то через столько-то лет все мы станем докторами наук или, наоборот, все мы будем торговцами на рынке. И гораздо сложнее остановиться на этой дороге, по которой так и хочется шагать, оглянуться на проделанный путь и задуматься: что-то должно произойти, нужно свернуть, прямого пути нет и быть не может…

Футурологи как-то предсказали: лет через сто каждый житель земного шара будет проводить у телевизора 24 часа в сутки. И знали же, что такого просто быть не может, но что было делать, если существовала (и существует!) тенденция — мы проводим перед телевизором все больше времени? Футурологи развели руками, а фантасты нашли решение. Какое? Вспомните "Возвращение со звезд" С.Лема, "Онирофильм" Л.Алдани — великолепную идею "фантомата", которая начала уже воплощаться в жизнь. Хотите убедиться? Приобретите комплект оборудования и поиграйте в "виртуальную реальность". Вы поймете, в чем ошиблись футурологи и почему оказались правы фантасты.

Я уже упоминал, что и мы с вами ежедневно, сами того не замечая, пользуемся методом экстраполяций, совершенно не умея этого делать…

СЕГОДНЯ, ЗАВТРА И ВСЕГДА

Футурологи, как я уже говорил, любят экстраполировать в будущее тенденции сегодняшнего дня, а писатели-фантасты (и об этом тоже шла речь неделю назад) обычно над этими прогнозами посмеиваются, потом что знают — им не суждено сбыться. Мы с вами не футурологи, но каждый день, открывая газеты, развиваем собственную фантазию именно этим, далеко не лучшим, способом, да еще и неправильно его применяем.

В 1996 году один маститый немецкий ученый, продолжив в будущее тогдашние тенденции в политике израильского правительства, сделал вывод: в 1999 году государство Израиль исчезнет с политической карты мира. Самое интересное, что многие мои знакомые отнеслись к этому прогнозу с полным доверием, а один так сразу отправился в канадское посольство — разведать обстановку. И все мои попытки объяснить, что прогноз составлен с грубым нарушением правил РТВ, успеха не имели. Эмоции сильнее рассудка! Между тем, не прошло и месяца после публикации прогноза, а ситуация чуть изменилась, немного (очень, на самом деле, незначительно!) изменилась тенденция, и тот же профессор вынужден был бы отнести гибель Израиля примерно на 2010 год. Десять лет жизни, согласитесь, тоже немало, хотя и этот прогноз оказался бы столь же "надежен", как и первый.

В фантастической литературе прием "безудержной экстраполяции" используется обычно в тех случаях, когда писатель хочет показать людям нечто такое, чего непременно нужно избежать. Экстраполируя "до упора" стремление тоталитарного государства превратить своих граждан в "винтики", Замятин написал роман "Мы", а четверть века спустя Оруэлл создал знаменитую антиутопию "1984". Эти писатели знали, что делали. Они понимали, что общество, описанное ими, никогда не возникнет — именно потому, что на каком-то этапе тенденция будет сломана, направление движения изменится, и что произойдет на самом деле…

О, это отдельная тема, когда фантаст, угадав, на каком именно этапе произойдет "слом" тенденции, предсказывает реальность точнее, чем все футурологи вместе. В середине прошлого века воздухоплаватели создавали воздушные шары все больших размеров. Тенденция была очевидна: сделаем воздушный шар размером с дом, а потом — размером с гору, а потом. Специалисты-ученые так и представляли себе развитие воздухоплавания. "Скучно, господа", — сказал Жюль Верн и придумал геликоптер Робура-завоевателя. "Аппарат тяжелее воздуха летать не будет!" — утверждали ученые… за двадцать лет до рождения самолета.

Почему ученые, предсказывая достижения будущего, часто попадают пальцем в небо? Да все поэтому — они слишком увлекаются методом экстраполяции. Почему безумные идеи фантастов так часто сбываются? Да потому, что воображение подсказывает писателю, где и когда тенденцию нужно сломать.

А сейчас я скажу вещь, которая, возможно, многим не понравится: не нужно очень уж прислушиваться к прогнозам политиков, находящихся в оппозиции — русским, израильским, британским, все равно. Ибо метод у них один и очень простой: берется некая (реальная!) тенденция, экстраполируется на год-два, а то и на пять-десять… Дальнейшее понятно. Ad absurdum, как говорили древние римлянине. Через десять лет Израиль отдаст палестинцам все территории, включая свои собственные. Почему? Потому что есть такая тенденция — отдавать. Через десять лет Россия станет страной третьего мира, и ее приберут к рукам американские корпорации. Почему? Есть сейчас такая тенденция, к сожалению…

Политику такой "лобовой" прогноз простить можно — идет нормальная борьба за власть. Но, человек, знакомый с коварным нравом метода экстраполяций, должен научиться предвидеть, когда именно тенденция будет сломана. Вы скажете, что это элементарно — нужно просто сменить правительство? А я вам отвечу, что это решение, лежащее на поверхности и потому, скорее всего, неверное. А верным будет (помяните мое слово!) иное решение — уже сейчас наверняка существуют другие тенденции, на которые мы в пылу политических споров не обращаем внимания. И вот они-то…

Сто лет назад ученые и изобретатели строили огромные воздушные шары и ругали Жюля Верна за его "ненаучные" фантазии. А в это время братья Райт, никому еще не известные, конструировали и собирали первый самолет…

АЛГЕБРА И ГАРМОНИЯ

Теория сильного мышления и ее часть — развитие воображения — захватывающе интересны. В бывшем СССР на занятия по РТВ приходили далеко не только инженеры, для которых, собственно, курс и проводился, но врачи, домашние хозяйки, бизнесмены и даже музыканты. Лет двадцать назад супруги Мурашковские из города Елгава задали Г.Альтшуллеру вопрос:

— А что, если вашу систему решения изобретательских задач использовать в искусстве?

— Вот вы и попробуйте, — последовал ответ.

Мурашковские попробовали и с тех пор профессионально занимаются странной проблемой: созданием теории решения задач в искусстве. Как сказал поэт, поверяют алгеброй гармонию. Надо сказать, обнаруживают любопытные вещи. И это естественно: при нетрадиционном подходе в любой проблеме можно найти такое,

что, как сказал другой классик, и не снилось нашим мудрецам…

Казалось бы, что общего между техникой и искусством? Технический и научный прогресс складывается из разрешения цепи противоречий. А прогресс в музыке, вы думаете, идет другой дорогой? В "Дон Жуане" Моцарта Командор поет начало музыкальной фразы в одной тональности, а конец — в другой. Моцарт подобрал эти тональности таким образом, чтобы достичь максимальной выразительности. Но, оказалось, что на слух мелодия звучит плохо. Что делать?

Поверим алгеброй гармонию. Имеется противоречие: две части фразы должны звучать красиво, но они красиво не звучат. Что говорит по этому поводу ТРИЗ? Если действия двух элементов противоречат друг другу, нужно ввести третий элемент, уничтожающий противоречие.

Не имея представления об изобретательстве, Моцарт поступил именно так! Между двумя частями музыкальной фразы он ввел дополнительный аккорд, и результат этого действия каждый может услышать сам, включив запись последней картины гениальной оперы.

Супруги Мурашковские собрали множество примеров из музыки, архитектуры, литературы, других видов художественного творчества — и каждый пример поверял гармонию той самой алгеброй, о которой говорил пушкинский Сальери.

Сальери, кстати, давно реабилитировали, он оказался вовсе не плохим композитором. А ТРИЗ и реабилитировать не нужно, ее методами должен уметь пользоваться не только инженер, но и композитор, и поэт, и режиссер кино.

Когда кинематограф перестал быть немым, речь персонажей записывали одновременно со съемкой. Тогда и возникло противоречие: фильмы стало невозможно монтировать. Чтобы фильм был динамичным, нужно вырезать лишние куски, подклеивать пленку, но тогда невозможно сохранить плавную речь персонажей — звук получится разорванным. В современной ТРИЗ такие противоречия разрешаются элементарно, мы уже говорили об этом: нужно разнести противоречащие друг другу элементы в пространстве или во времени. В тридцатые годы инженеры пользовались старинным методом проб и ошибок, а кинематографисты — подавно. Им понадобились годы, чтобы прийти к идее, до которой современный знаток ТРИЗ добрался бы в считанные минуты. Звук стали записывать отдельно — после монтажа зрительного ряда.

Впрочем, я не стал бы рассказывать о работе Мурашковских, если бы они всего лишь использовали в искусстве традиционные приемы изобретательства. Конечно, они сделали больше: в искусстве оказались свои методы разрешения противоречий, которые в технике не применялись.

Вот пример. В 1918 году скульптор А.Матвеев получил задание создать памятник К.Марксу. Идея была очевидна — прежде всего нужно было показать величие гения. Скульптор выбрал традиционное средство — высокий лоб. Но… результат не впечатлял, а сделать лоб еще больше было уже нельзя — искажались пропорции лица. Противоречие: лоб должен быть больше, но он не может быть больше. Что делать? Скульптор с проблемой справился. Подумайте над ней и вы.

МУЗЫКА РАКЕТ

Надеюсь, что знатоки ТРИЗ, чей ум уже отточен гимнастикой, справились с задачей о памятнике Марксу не хуже, чем в свое время скульптор Матвеев. Правда, скульптор потратил на решение немало бессонных ночей, а знатоки ТРИЗ и РТВ, если и проводят ночи без сна, то, надо полагать, не в раздумьях о чертах лица автора "Капитала"…

Итак, лоб мыслителя должен говорить о гениальности, но больше его сделать невозможно — искажаются черты лица. Выход — не увеличивать лоб, а наоборот — придать лицу мелкие, острые черты. На таком контрастном фоне лоб выглядит больше, чем на самом деле. Глядя на скульптуру Матвеева, так и хочется воскликнуть — да, с этаким-то лбом Маркс просто не мог не быть гением! Прием контраста часто используется для разрешения противоречий в произведениях искусства, а в изобретательстве такого приема нет.

И еще один прием — аналогия, — который используется, если нужно разрешить "художественное" противоречие.

В советском художественно-публицистическом кинофильме "Риск" показана была история "Карибского кризиса". Зритель впервые увидел документальные кадры: советские корабли, идущие к Кубе. В их трюмах — ракеты с ядерными боеголовками. Диктор рассказывает об атомном противостоянии СССР и США, а музыка за кадром… Действительно, господа, какую закадровую музыку подобрали бы вы? Она не должна быть нейтральной. Но она не должна быть и назойливо прямолинейной — нельзя, скажем, использовать какую-нибудь песню типа "Хотят ли русские войны": это сразу сделало бы фильм не произведением искусства, а иллюстративным материалом для занятий по гражданской обороне.

Авторы фильма воспользовались приемом аналогии и разрешили противоречие. Вражда СССР и США. Аналогия — вражда двух семейств: Капулетти и Монтекки. За кадром в фильме "Риск" звучит музыка из балета С.Прокофьева "Ромео и Джульетта". Вот уж действительно, музыка ракет…

В ТРИЗ есть прием, который называется "использование окружающей среды". В искусстве тоже есть похожий прием — конечно, не прямое повторение технического аналога.

В симфонической поэме "Жизнь героя" Рихард Штраус хотел рассказать слушателям о собственных жизненных невзгодах. Как поведать о себе средствами музыки, чтобы слушатель это понял? Согласитесь, когда вам говорят, что "Бетховен в шестой симфонии описал весеннюю грозу", вы можете и не согласиться: вам, к примеру, чудится в этой музыке последняя ссора с коллегой или женой. Чтобы направить ассоциации в нужном направлении, Рихард Штраус использовал простой и эффектный прием — он "вкрапил" в музыкальную ткань поэмы фрагменты своих же более ранних произведений…

Давайте попробуем решить типичную задачу из мира драматургии. Каждый режиссер сталкивается однажды с проблемой: как сделать, чтобы классическая пьеса — "Дядя Ваня", к примеру, — не выглядела на сцене анахронизмом. Как только не пытались режиссеры осовременить Чехова! Даже переносили действие в наши дни, а на сцене устанавливали декорации "стандартной" московской квартиры. Можно ли представить себе что-нибудь более нелепое, нежели Аркадину, произносящую свой монолог на кухне "хрущобы"? Явное противоречие: изображаемое на сцене должно соответствовать чеховскому тексту, но оно не может этому тексту соответствовать, чтобы сохранить связь с современностью.

Можно поступить проще: декорации оставить прежними, но персонажей одеть в одежды конца XX века. Проблема, однако, сохраняется — изображение не соответствует тексту…

Сформулируем противоречие: одежда должна быть современной, чтобы приблизить героев к нашим дням, и не должна быть современной, чтобы не контрастировать с речью.

Как разрешает противоречия ТРИЗ? Мы уже знаем: разделением либо в пространстве, либо во времени. Именно так решил проблему английский режиссер Питер Холл. Попробуйте и вы решить эту задачу. Небольшая подсказка — используйте (вслед за П.Холлом) еще и прием динамизации.

Часть 6

Фильм на девяти экранах

Итак, английский режиссер Холл решил осовременить постановку чеховского "Дяди Вани" и немедленно столкнулся с противоречием: одежда героев должна быть современной, чтобы соответствовать нашим дням, и не должны быть современной, чтобы соответствовать характерам. Можно разделить противоречивые части во времени: в первом акте персонажи ходят в одежде начала века, а во втором — в джинсах… А можно разделить противоречие в пространстве: часть одежды у персонажей современна, а часть — соответствует стилю столетней давности. Именно так — почти по теории — и поступил Холл. Спектакль, кстати, имел большой успех у зрителя.

Мы говорили о двух способах разрешения противоречий. Это — самые простые. Есть и посложнее. Например — переход от системы к антисистеме. Или свертывание системы. Или переход к надсистеме. Очень сильные приемы, но для того, чтобы научиться ими пользоваться, нужно ведь знать, что такое система, что такое надсистема, а есть еще и подсистемы разных уровней…

К рассказу о системах мы и переходим. Просто настало время количеству перейти в качество — мы знаем уже вполне достаточно для того, что начать, наконец, мыслить, а не просто размышлять. Чувствуете разницу? А для того, чтобы мыслить, нужно овладеть приемами сильного мышления. А чтобы овладеть этими приемами, которые на деле не сложнее тех, что мы уже знаем, нужно научиться видеть "фильм на девяти экранах".

Сейчас это "новшество" забылось, а лет тридцать назад было очень популярно. Кто-то писал даже, что будущее кинематографа — это фильм, который будет демонстрироваться на нескольких экранах одновременно. Похоже, единственным режиссером, пытавшимся применить идею, стал Ролан Быков, создавший фильм "Айболит-66". В некоторых эпизодах этого любопытного фильма широкий экран неожиданно распадался на несколько маленьких, и на каждом происходило свое действие, и за всем нужно было уследить…

Новинка не прижилась, хотя и сделана была с использованием популярного приема "дробления". Действительно, трудно с равным вниманием наблюдать сразу несколько независимых сюжетов.

Трудно, но, как утверждает теория сильного мышления, необходимо. Вспомните самую первую задачу в нашей рубрике: придумать фантастическое животное. Не зная еще приемов РТВ, читатели обычно придумывают огромное количество страшных существ с головой слона, ушами гиены, ногами гориллы и хвостом павлина (возможны, конечно, варианты, но принцип был один, и сейчас мы его хорошо знаем — объединение).

Думаю, что, получив такое задание сегодня, читатель, следовавший за мной по тропинкам теории развития фантазии, поступит куда более круто — он использует и прием наоборот, и дробление, и ускорение, и… Не стану перечислять, вернитесь к этому заданию на досуге и убедитесь сами: ваша способность придумывать ужастиков сейчас наверняка лучше, чем у художников Голливуда.

Но вы ошибетесь, если решите, что этого достаточно. Вы придумали животное, которого нет даже в фантастической литературе? Прекрасно. Но вы придумали одно-единственное животное. А как они себя поведут, если их собрать в стадо?

Согласитесь, даже обыкновенные собаки, если их много, становятся совершенно иными существами! Иногда для того, чтобы вообразить ужастика, не нужно даже использовать приемы фантазирования, достаточно представить себе стадо таких зверей.

А можно поступить совершенно иначе. Оставьте животное неизменным, а меняйте только… ну, скажем, глаза. Используйте любые приемы. Животное (пусть даже обычная кошка), но с глазами "наоборот" — вместо того, чтобы видеть внешний мир, кошка глазами показывает то, что происходит внутри нее. Прием вынесения — обычная кошка, но с глазами, способными самостоятельно путешествовать, и в результате животное лежит себе, греется на солнце, а глаза отправляются высматривать мышей.

Так вот — кошка как животное может быть названа системой. А каждая "кошкина деталь" — это подсистема. А кошачья стая — это надсистема. И если вы получили задание — придумать фантастическую кошку, — то менять вы можете систему, над-систему и подсистему. И вместо одного результата получите три. Вы как бы увидите фильм сразу на трех экранах.

Задание: придумайте фантастическое животное, меняя не всю систему (не всю кошку, например), а подсистему (глаза, или органы дыхания, или только ноги).

Используйте все известные вам приемы.

Потратив хотя бы час на обдумывание фантастической кошки, вы уже, вероятно, поняли, насколько даже три экрана расширяют возможности воображения.

Но разве это все, что можно придумать? У кошки, раз уж мы заговорили именно об этом животном, есть свои пути эволюции — в прошлом кошки были не такими, как сейчас, а в будущем изменятся опять. Каким образом? Здесь ведь тоже простор для фантазии — любой прием позволит вам придумать, как эволюция лет через тысячу сделает кошек существами, ничуть не похожими на современных ласковых созданий. А какими были фантастические кошки в прошлом?

Кстати, если уж заговорили об эволюции — развиваться могло и объединение животных — стая, или отдельные части животного — те же глаза, например.

Вот вам и девять обещанных экранов. В верхнем ряду — кошачья стая сейчас (экран 1), в прошлом (экран 2) ив будущем (экран 3). В среднем ряду экранов — кошка сейчас (экран 4), в прошлом (экран 5) и будущем (экран 6). Ив нижнем ряду — отдельные кошачьи органы сейчас (экран 7), в прошлом (экран 8) и будущем (экран 9).

На примере кошки я хочу подвести вас к одной из главных идей в теории сильного мышления. Ничто не существует само по себе. Все мы — системы в системном мире. Кошка — это система органов. Каждый орган в организме кошки — система клеток. Каждая клетка…

Но ведь и кошка — часть системы: стада. А стадо часть системы — кошачьего вида. А вид…

И на любом из этих уровней происходит развитие от прошлого к будущему. Меняются со временем клетки, особи, стада, виды… Меняется все, и, когда мы рассуждаем о фантастической кошке, разве мы все это принимаем во внимание? Девять экранов — это тот минимум, на котором работает сильное воображение. На самом-то деле экранов десятки и сотни, а уж идей, которые открываются внимательному взору, наверняка тысячи. Хотя речь идет, вроде бы, всего лишь об одной-единственной домашней кошечке.

Тем и отличается сильное мышление от стандартного: если сказать "кошка", человек, мыслящий стандартно, и представит себе кошку, сидящую на диване, в то время как человек с сильным, развитым мышлением, представит и кошку (систему), и стаю кошек (надсистему), и каждый орган каждой кошки (подсистемы), вообразив при этом, как все эти системы, над- и подсистемы развивались в прошлом, и как будут развиваться в будущем.

Человек с сильным мышлением подобен зрителю, который смотрит сразу девять фильмов на девяти экранах. Фильмы лишь на первый взгляд кажутся разными, и лишь на взгляд "стандартного мышления" каждый фильм можно смотреть независимо от другого. На деле — это один фильм, охватывающий прошлое, настоящее и будущее системы, надсистемы и подсистемы.

Кстати, не так уж сложно стать таким зрителем девятиэкранного фильма. Зато насколько увлекательнее становится сюжет! Насколько сильнее начинает работать воображение! Насколько больше интересных идей приходит в голову!

Представьте, что на занятиях по развитию фантазии вы получили задание: придумать фантастическую идею, взяв за основу совершенно реальный объект — дом, в котором мы живем.

Подойдем к проблеме серьезно. Имеется система: дом. И подсистема: квартира. И, естественно, надсистема — город. И все это развивается — даже несколько лет назад дома строили по иным проектам, а уж каким будет дом завтра…

Многоэкранная система мышления требует описать все возможности. Вы знаете, сколько их? У нас минимум девять экранов, и минимум два десятка приемов, значит, сотни новых идей так и ждут, чтобы их, наконец, придумали.

АНТИКВАРТИРА В АНТИДОМЕ

Пофантазируем, глядя на экраны. Система — дом. Экран средний — современность, наши дни. Дом, в котором вы живете сейчас. Используем прием "наоборот". Если дом — это некая система, то получим мы теперь антисистему — некий "антидом". Тот дом, в котором вы живете, или тот, который вы хотите купить, стоит на прочном фундаменте, и стены у него крепкие, и крыша прочная. Так вот — антидом должен, в таком случае, стремиться вверх, а стены и крыша ему вовсе ни к чему. Но ведь дом строится с определенной целью — это наше убежище, сюда мы возвращаемся после рабочего дня, здесь хотим отгородиться от мира, полежать на диване перед телевизором. Антидом все это должен дать — мы изменили систему, но не цель ее существования.

Что ж, мы выходим после рабочего дня с территории завода (конторы, института) и оглядываемся — где же наш антидом? Да вот он, парит над головой, мы его вызвали, как сказочный богатырь — своего скакуна. "Стань передо мной, как лист перед травой?" — помните? И антидом прилетел. Опускается лифт, и мы поднимаемся в свою квартиру. Закрывая за собой дверь, набираем привычный код, и дом взмывает вверх, в свой ряд, туда, где ему положено парить согласно соглашению, подписанному вами с управлением воздушного строительства. Вы входите в салон, подходите к окну, занимающему всю стену, и видите внизу Тель-Авив или Москву такими, какими они были в пору наземного строительства. Красивое зрелище, но отойдя от окна, вы облегченно вздыхаете — хорошо, что теперь строят иначе…

Разумеется, это фантазия. Но разве не ее, родимую, мы стараемся сейчас развить системой упражнений? Кстати, мы посмотрели сейчас фильм, идущий на следующем экране — экране, который показывает будущее.

А ведь если дом — это некая система, но тогда надсистемой является город, а подсистемой — квартира. А для квартиры подсистемой является комната, а для комнаты — стены, а для стен — материал, из которого они сложены… Вот и попробуйте поупражнять свою фантазию — придумайте для каждой из этих систем свою "антисистему". Антиквартиру. Антикомнату. Антистену. Антивещество. Антигород… Возможно, фантазии покажутся вам досужими и не имеющими отношения к реальности. Позвольте с вами не согласиться. Фантастам давно известно (да и ученые с этим согласятся), что сбываются, воплощаются в жизнь чаще всего именно те идеи, о которых сначала говорят "нет, господа, это нереально".

Г.С.Альтшуллер, автор теории решения изобретательских задач, на одном из занятий по ТРИЗ, объяснив слушателям многоэкранную систему рассуждений, задал вопрос: "А теперь скажите, в чем смысл жизни?" На занятии были инженеры, ученые, несколько пенсионеров и даже одна домохозяйка. А на доске нарисованы девять пустых пока экранов.

— Человек — это система, — уверенно сказала домохозяйка. — Надсистема — общество. Подсистема — клетки организма. Значит…

— Значит, — прервал женщину физик, — смотрите сюда, на нижние экраны. Сначала развивались отдельные клетки, а человека и общества не существовало вовсе. Потом появился человек и…

— Я поняла, что вы хотите сказать! Развитие перешло на уровень человека, а клетки с тех пор практически и не развивались.

— Отлично! — вступил в разговор инженер. — Когда появилась надсистема — общество, — сюда перешло и развитие, а человек как система развиваться практически перестал…

— Значит, говорить о смысле жизни, — завершила мысль домохозяйка, — имеет смысл для развивающейся системы, то есть для общества!

— Вот-вот, — сказал физик. — А когда произойдет встреча цивилизаций, возникнет еще одна надсистема — общество обществ, и развитие перейдет на новый уровень, и каждое из обществ перестанет развиваться.

— Мы хотим этого? — спросил инженер.

И все переглянулись, потому что подобный взгляд на смысл жизни, на контакт цивилизаций никому прежде в голову не приходил. Кстати, вспомните: даже в фантастике такая идея еще не встречалась. Не говорю уж о науке, все еще уверенной в том, что кто-то откуда-то посылает в космос радиосигналы…

ЖИВЫЕ ПУЛИ

Есть задачи, вроде бы и фантастические, но, тем не менее, позволяющие по-иному взглянуть на окружающий нас мир. Казалось бы, какое отношение к реальности имеет классическая "задача о живой пуле"? Задачу эту каждый год преподаватели предлагают решить новым учащимся курсов ТРИЗ, и каждый год приходится убеждаться в том, что даже проявления фантазии зависят от таких, например, черт характера, как агрессивность илидоброта.

Итак, условие. На планету, расположенную в системе звезды Гамма Волопаса (если вас больше устраивает Эпсилон Эридана, можете отправиться в эту систему — решение от этого не изменится) прибывает звездолет с Земли. Все на планете как в нашей Африке — тропические леса, реки, горы, похожие на Килиманджаро. Живности, правда, не видно, но что можно разглядеть за несколько часов?

Экипаж готовится к выходу, а первым на поверхность запускают робота-исследователя. Практически сразу выясняется, что выйти невозможно. Крупных животных на планете нет, но есть множество насекомых, которые летают так быстро, что пробивают даже ствол дерева. Они во множестве бьются об обшивку звездолета, обшивка выдерживает, а робот, выпущенный на поверхность, — нет.

Он в первую же минуту становится жертвой — его пробивают сразу десять "пуль". Ясно, что и космонавтам на поверхности планеты делать нечего — точнее, дела-то есть, и много, но как ими заниматься, если пространство пронизано живыми пулями? Вот и все условие. Что прикажете делать? Улетать обратно? Но ведь корабль летел многие годы, затрачены огромные деньги, и возвращаться ни с чем?

Подумайте над решением, а я тем временем расскажу о том, как решали эту задачу многочисленные слушатели курсов развития воображения. Расскажу не для того, чтобы показать, какая у слушателей была замечательная фантазия, а с противоположной целью — предостеречь от ошибок, сделанных другими.

Первое и самое популярное предложение "фантазеров" было — "мух" уничтожить, а потом спокойно заняться исследованиями. Обычно так отвечают около половины "решателей". Хорошенькое дело! А может, эти "мухи-пули" как раз и были самым интересным на планете, может, именно их и нужно было исследовать? А мы их — пестицидами…

Ответ второй — спрятаться от "мух" где угодно (под землей, в звездолете, за защитным куполом) и исследовать их визуально, не подвергая себя и оборудование риску. Но разве можно что-то исследовать, находясь далеко от объекта? Все равно, что изучать жизнь муравейника, сидя в блиндаже на расстоянии сотни метров… Несколько идей были связаны так или иначе с вездеходом — окружить машину силовым полем, "надеть" на нее крепчайшую броню… Можно, конечно, но вам не кажется, что это решение слишком "в лоб"? Вездеход станет неповоротлив, а что такое силовое поле — кто-нибудь может объяснить?

Отчаявшись предложить решение, слушатели начали отступать — да ну, мол, ее, эту планету, возможно, природа специально так позаботилась, чтобы никто извне не вмешивался в ее экологию. Нужно улетать обратно. Вас такое решение устраивает? Отступление никогда решением не считалось, хотя иногда и позволяло выигрывать сражения…

Вы обратили внимание, господа, сколько человек с удовольствием занялось уничтожением объекта исследований? Не напоминает ли вам такое решение нашу жизнь с ее правым, левым и всеми промежуточными видами экстремизма? Кстати, желающих отступить и улететь с планеты обычно оказывалось не так уж много, куда меньше, чем "мухоубийц"…

Между тем решение существует, оно вовсе не требует кого-то убивать и, тем более, отступать. Более того, решение очень простое, найти его можно с помощью одного из приемов фантазирования, уже изученных нами.

Какой это прием, и каким должно быть решение?

ЛЕДЯНЫЕ СНАРЯДЫ

Удивительно, как любим мы усложнять вполне простые проблемы, а потом пытаемся их разрешить, даже не подозревая, что сами создали себе головную боль. Задача о "живой пуле" не стала исключением из этого эмпирического правила. Вот, например, что предложил один из слушателей курсов РТВ: "Нужно расставить по планете металлические щиты, а между ними сделать узкий проход, как в цирке, когда дрессировщик выпускает на арену тигра. Живые пули будет ударяться о щиты с обеих сторон и погибать, а человек спокойно станет передвигаться внутри этого туннеля".

Вам нравится такое решение? Мне — нет. Ведь в нем много от обыкновенной психологической инерции. Раз муха, думаем мы, значит, вредное существо, и убить ее — правильное решение. А может, на той планете мухи разумны? К тому же, разве в решении использован хотя бы один прием фантазирования?

Правильное решение предложил мальчик восьми лет, которому и в голову не пришло уничтожать объект исследований. "Давай уменьшим космонавтов, — сказал он, — и тогда мухи их просто не заметят".

Мальчик оказался прав, хотя, конечно, еще не учил в школе законы поперечных сечений. Судите сами. "Стальных мух" много, летают они во всех направлениях, и потому, едва вы выходите из корабля, в вас тут же впивается десяток-другой пуль. А если бы ваши размеры были гораздо меньше расстояния между мухами? Вероятность того, что какая-то из мух вас заденет, сразу во много раз уменьшается. Уменьшить космонавтов мы не можем, но почему не сделать миниатюрный приборчик, который будет летать "под свист живых пуль" и проводить все нужные измерения? Никого убивать не нужно, нужно всего лишь использовать простейший прием фантазирования — уменьшение.

Раз уж мы заговорили о пулях, то вот еще одна задача — в свое время, кстати, над ее решением бились физические лаборатории, проводили десятки измерений, потратили сотни "человеко-часов" только потому, что не знали приемов фантазирования…

Как-то мы решали задачу об исчезающей пуле. Некий шпион был найден убитым выстрелом в сердце. Рана была, а пули не было. И никто не входил в комнату, чтобы вытащить из тела пулю. Решение было простым: ледяная пуля. Она убивает, а потом тает в теле жертвы, оставляя… воду. А если воспользоваться приемом увеличения и сделать изо льда не пулю, а снаряд?

Идея не новая, во время испытаний пушек артиллеристы часто стреляют именно ледяными снарядами. Почему? Очень просто. Холостыми стрелять нельзя, потому что в этом случае не удастся выяснить, что происходит с орудием при отдаче от выстрела. Стрелять болванками тоже опасно — а вдруг в кого-нибудь попадешь? А ледяной снаряд, как выяснилось, до цели не долетает. Более того, установили, что ледяной снаряд не пролетает даже десяти метров! Был — и не стало, растаял…

Вот вам и задача: почему ледяной пулей можно убить, а ледяным снарядом — нет? Задача не просто требует проявления фантазии и использования известных вам приемов. Это — вполне научное исследование. Если бы эту задачу вы решали полвека назад (и наверняка решили бы, зная приемы!), Государственная премия была бы вам обеспечена, а может, даже и Сталинская, ведь вождь лично интересовался "ратным трудом советских артиллеристов".

Кстати, решив эту задачу, вы, в дополнение, раскроете еще и "загадку XX века" — тайну Тунгусского метеорита. Есть мнение, что это был космический корабль то ли с Венеры, то ли с Эпсилон Эридана. И есть другое мнение — что это было ядро ледяной кометы. По сути та же, увеличенная во много-много раз, ледяная пуля. Точнее — ледяной снаряд. До Земли Тунгусский метеорит не долетел — то ли взорвался, то ли испарился на высоте восьми километров. Вот и попробуйте ответить — почему? Почему ледяная пуля убивает? Почему ледяной снаряд не долетает до цели? Почему ледяная комета не способна достичь поверхности Земли? Впрочем, может быть, у вас есть свое мнение о том, что произошло в Тунгусской тайге. Поделитесь им.

ЭЛЕМЕНТАРНО, ВАТСОН!

Вопрос о том, почему ледяная пуля убивает, а ледяной снаряд даже не долетает до цели, довольно прост для читателей, знающих приемы фантазирования. По идее, снаряд — это всего лишь огромная пуля (прием увеличения). Возникает стандартное противоречие: ледяной снаряд должен убивать (как и пуля), и не должен (поскольку тает сразу после вылета из орудийного ствола). Мы уже знаем, как разрешаются такие противоречия — нужно, например, разнести противоречащие друг другу части в пространстве; иными словами — раздробить снаряд сразу после того, как он вылетит из ствола (прием дробления, и ничего более!).

Именно это, как показали опыты, и происходит на самом деле: ледяной снаряд не выдерживает напряжений при выстреле, распадается на осколки, а осколки практически мгновенно тают. С Тунгусским метеоритом, как утверждают астрофизики, произошло примерно то же самое — ледяное ядро кометы влетело в плотные слои атмосферы, распалось на мелкие части, превратилось, попросту говоря, в рыхлый снежок, который и растаял над тайгой, не долетев до земли…

Когда задачи о ледяных пуле и снаряде решались на занятиях по развитию фантазии, один из слушателей — криминалист по профессии — воскликнул:

— Значит, приемы фантазирования применимы и при раскрытии преступлений?

— А вы сомневались? — удивился преподаватель. — Какими методами, скажите на милость, пользовался Шерлок Холмс?

— Ну, как же! — уверенно сказал криминалист. — Собственным методом дедукции.

Преподаватель покачал головой.

— Великий сыщик, — сказал он, — никогда не пользовался дедукцией. Конан Дойль попросту ввел в заблуждение читателей. Что такое дедукция? Это рассуждение от общего к частному. В финале каждого рассказа Холмс рассказывает Ватсону, как происходило преступление, разматывает ниточку от конца к началу, и это действительно дедукция — как доказательство теоремы, где с самого начала известно, что именно требуется доказать. На деле-то Холмс, распутывая преступление, дедукцией пользоваться не мог, поскольку понятия не имел о том, кто преступник! На деле Холмс пользовался методами РТВ, не подозревая об этом. Судите сами. В рассказе "Тайна Боскомской долины" Холмс говорит: "Косвенные доказательства обманчивы… Ничто так не обманчиво, как слишком очевидные факты". Действие косвенных доказательств в точности совпадает с действием психологической инерции, так же уводящей исследователя от правильного решения проблемы. А как бороться с психологической инерцией? Мы уже знаем: с помощью приемов РТВ, с помощью морфологического анализа, когда ни один, даже самый фантастический вариант решения, не может ускользнуть от нашего внимания! В "Обряде дома Месгрейвов" вроде бы три разные загадки, но Холмс использует прием объединения (а вовсе не дедукцию!), и тогда лишь находит ключ к решению. У Холмса была огромная картотека, куда он собирал все известные ему преступления, все методы, которыми пользовались преступники. Узнавая об очередном преступлении, Холмс прежде всего справлялся с картотекой — это помогало определить "почерк" преступника, а иногда и найти убийцу. Но разве не так же поступил через полвека Г.С.Альтшуллер, когда исследовал десятки тысяч изобретений? Изучив изобретения, удалось установить методы, с помощью которых эти изобретения были сделаны. Изучив преступления, Холмс (а точнее — сам Конан Дойль) мог установить "законы криминалистики". Мог, но не установил, ограничившись лишь частными правилами, которыми и пользовался, приводя в священный трепет доктора Ватсона.

Точно так же современный тризовец способен поразить несведущих, решая за час техническую задачу, не поддававшуюся лучшим инженерам на протяжении нескольких лет!

"Расследование преступлений — точная наука", — говорил Холмс. Изобретательство — тоже наука точная! И методы у этих наук часто совпадают. Разрешение противоречий, дробление и объединение… Есть и другие общие методы.

ТАЙНА ПАТЕРА БРАУНА

Шерлок Холмс распутывал преступления методом "дедукции", в котором на самом деле не было никакой дедукции, а скорее то, что впоследствии названо было "диалектической логикой". Метод Холмса хорош и для развития фантазии, и в решении изобретательских задач. Но "дедукция" Холмса в свое время показалась холодноватой молодому английскому писателю Г.Честертону, и он придумал своего патера Брауна — детектива, полностью противоположного Холмсу. Даже внешне — высокий и сильный, одетый в строгий костюм-тройку, Холмс ничем не напоминает маленького, сутулого, в рясе и с крестом, патера Брауна. Методы расследования у них тоже противоположны. Логика у Холмса, а у патера Брауна — нечто аморфное и трудно описываемое. "Я пытаюсь проникнуть внутрь, — говорит патер Браун. — Я — внутри человека. Я поселяюсь в нем, начинаю думать его думы, терзаться его страстями…"

Именно патер Браун предложил решение одной из классических задач криминалистики. Происходит убийство, а все утверждают, что в дом никто не входил, и никто из дома не выходил. Противоречие: кто-то должен был проникнуть в дом, чтобы убить, и никто не мог проникнуть в дом, потому что так утверждают свидетели. Такова завязка рассказа "Невидимка". Если решать задачу методом Холмса, нужно выбрать один из приемов разрешения противоречий, о которых мы не раз уже говорили. Например, сместить противоречивые части во времени — свидетели говорят о семи часах вечера, а убийство совершено, скажем, в пять.

Метод патера Брауна позволяет поступить иначе. Одно противоречие он заменяет другим. Физическое (было, но быть не могло) — психологическим: свидетели видели убийцу, и в то же время не видели его. Видели, но не обратили внимания! Убийца — рассыльный. Или водопроводчик. То есть, человек, который воспринимается обычно, как часть обстановки, но не как личность. Холмс, действуя "дедуктивным" методом, конечно, тоже решил бы загадку, но у патера Брауна это получилось проще и убедительней.

Но мы-то с вами говорим не о детективе, а о развитии фантазии, об изобретательстве. Зачем нам метод патера Брауна? Если мы должны придумать фантастический самолет будущего, чем нам поможет способность "вживаться в психологию персонажа"?

А вот здесь-то и нужна фантазия! Действительно, попробуйте представить себя самолетом будущего, летящим из Москвы в Сидней со скоростью три тысячи километров в час. Вы расправляете крылья, но скорость велика, воздух жжется, как жар из духовки, и вы прячете руки (крылья) в карманы, но тогда уменьшается подъемная сила, вы начинаете падать, и… что тогда?

Кстати, помните классическое "я — чайник"? Сказать-то просто, но для того, чтобы действительно представить себя чайником, нужно богатое воображение. Сейчас изобретатели, взявшие на вооружение ТРИЗ, этим приемом почти не пользуются, а лет тридцать назад он был очень популярен. Собственно, это был даже не просто прием, а целая наука — синектика, созданная в 1960 году У.Гордоном. Инженеры-синектики в шестидесятых годах проходили специальное обучение, развивали фантазию таким образом, чтобы при случае с пользой для дела вообразить себя трактором или прокатным станом. И достаточно часто им, как в свое время патеру Брауну, удавалось решить проблему, казавшуюся нерешаемой.

Рассказывают, что американский изобретатель Ч.Кеттеринг создал проект легкого мотора, в котором стальные поршни были заменены алюминиевыми. Один из членов комиссии, обсуждавшей проект, решил, что изобретатель шутит. Ведь алюминий просто не выдержит необходимых нагрузок!

— Вы уверены? — спросил Кеттеринг.

— Конечно, — ответил оппонент, — ведь раньше я работал инженером.

— Допустим, — сказал изобретатель, — но я сомневаюсь в том, что вы работали поршнем в двигателе.

А вы, включая электрический утюг, когда-нибудь пытались вообразить себя на его месте? Войти, так сказать, в образ? Попробуйте, и, может быть, вам удаст ся сделать изобретение — придумать нечто такое, что еще не придумали изобретатели. Только потом не забудьте выйти из образа…

ЭТО БЫЛО, БЫЛО…

В 1996 году западный мир был взбудоражен предсказаниями английского футуролога о грядущем нашествии компьютерной цивилизации, которая сделает нас, людей, рабами. Ведь для "электронных мозгов" мы будем все равно, что обезьяны — для нас. В "Литературной газете" тогда появилась статья с пугающим названием: "Если не мы, то наши дети будут последним поколением людей".

У меня такие публикации вызывают одно ощущение: приходится в очередной раз удивляться недоверию ученых (даже высокого уровня!) к прогнозам людей, наделенных творческой фантазией, но не являющихся специалистами в той или иной научной области. Я говорю о писателях-фантастах.

Все методы фантазирования, о которых я рассказывал и о которых еще расскажу, были "сконструированы" в результате изучения фантастических идей. Не любых, но сбывшихся. Идей Жюля Верна, Герберта Уэллса, Александра Беляева, Генриха Альтова и многих других авторов. Если уважаемый английский ученый думал, что ему первому пришла в голову кошмарная идея о гибели человечества из-за нашествия электронных мозгов (Е-мозгов), то он ошибся. А если он читал-таки многочисленные романы, написанные на эту тему фантастами еще лет тридцать-сорок назад, и все же умолчал о том, кто истинный автор идеи, то где ж была его научная честность?

Впрочем, фантасты давно привыкли к тому, что их приоритет учеными во внимание не принимается. Между тем, достаточно открыть один из многочисленных фантастических романов, изданных в конце пятидесятых или начале шестидесятых годов, и вы встретите там размышления, полностью повторяющие… Нет уж, извините, кто кого повторяет-то?

"Сможет ли машина мыслить?" — вот вопрос, который заинтересовал фантастов, когда они узнали, что машина, оказывается, способна считать быстрее человека.

Дискуссия продолжалась недолго, решение было определенным: "Конечно, сможет!" А если электронные машины (тогда даже не существовало слова "компьютер") смогут мыслить, то (прием увеличения!) настанет время, когда они будут мыслить лучше людей. Тогда все ЭВМ объединятся (прием объединения — надо ли напоминать?) и возникнет новая цивилизация, которой люди вынуждены будут подчиниться. Не люди будут давать задания машинам, а машины — людям (прием "наоборот" — верно?).

Перечитайте рассказ Г.Альтова "Может ли машина мыслить?" или рассказы А.Днепрова, а еще — А.Азимова (цикл рассказов о Мултиваке — гигантском суперкомпьютере) и С.Лема ("Сказки роботов" и "Сумму технологии"). Идея же о нашествии искусственного разума еще более стара — в 1921 году об этом писал К.Чапек в пьесе "Россумские универсальные роботы" (вот откуда произошло само это слово — робот!).

Еще четверть века назад фантасты нашли решение проблемы, которая лишь сейчас начала пугать ученых, а ученые, в свою очередь, принялись пугать все, так сказать, прогрессивное человечество. Да, Е-мозги будут гораздо быстрее и лучше соображать, нежели мозги человеческие. Поразмыслив об этом, А.Азимов изобрел три знаменитых закона роботехники, первый из которых гласит: "Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред". По сути это то же самое, что для нас, людей, одна из заповедей. Не убий. Не укради. Не возжелай…

Ученые, рассуждая о нашествии роботов, представляют грядущую электронную цивилизацию лишенной каких-либо нравственных принципов. Действительно, откуда им быть, если в мире роботов вряд ли появится свой Моисей?

А мы-то на что? Конструкторы компьютеров будут для Е-мозгов Творцами, Создателями — если, конечно, позаботятся заранее о том, чтобы разработать для Е-мозгов этические нормы поведения и если впечатают эти нормы в электронные схемы, как в наши гены впечатан, например, инстинкт самосохранения. Мир Е-мозгов, лишенный морали, без сомнения, поступит так, как предрекают ученые. Мир Е-мозгов, возникший по программе, описанной А.Азимовым, С.Лемом, Г.Альтовым и другими фантастами, будет существовать рядом с миром людей, не претендуя на власть. Для этого нужно использовать один из уже описанных приемов ТРИЗ и фантазирования — называется он "принцип заранее подложенной подушки". В фантастике и изобретательстве прием этот давно известен.

Неужели ученые не читают фантастику?

КТО ИЗОБРЕЛ А-БОМБУ?

Профессиональное умение фантазировать не менее важно, чем профессиональное умение строить компьютеры. Кроме Е-мозгов, есть еще немало проблем, которые сначала были фантастическими идеями, а потом "вдруг" стали научными истинами. Как, по-вашему, кто открыл атомную энергию и кто изобрел атомную бомбу?

Мир серьезно задумался над мрачной ядерной угрозой после трагедии Хиросимы. Между тем, картины трагического для всех людей на планете исхода атомной войны были нарисованы гораздо раньше, и на эти картины стоило бы взглянуть в свое время и ученым, участникам Манхэттенского проекта, и уж наверняка — политикам. "После атомных взрывов нам стало совершенно очевидно, что эти бомбы и те еще более страшные силы разрушения, предтечами которых они являются, могут в мгновение ока уничтожить все созданное человечеством, и порвать все существующие между людьми связи".

Как, по-вашему, когда была написана эта фраза? Чтобы воображение лучше работало, вот вам еще одна цитата из того же источника:

"Грохот обрушился… как удар. Мир вокруг куда-то исчез. На Земле не существовало уже больше ничего, кроме пурпурно-алого, ослепительного сверкания и грохота — оглушающего, поглощающего все, не смолкающего ни на минуту грохота. Все другие огни погасли, и в этом слепящем свете, оседая, рушились стены, взлетали в воздух колонны, кувыркались карнизы и кружились куски стекла. Казалось, что огромный пурпурно-алый клубок огня бешено крутится среди этого вихря обломков, яростно терзает землю и начинает зарываться в нее подобно огненному кроту".

Впечатляет? Нет, это не свидетельство очевидца хиросимской трагедии. Это — Герберт Уэллс. Обе цитаты — из романа "Освобожденный мир", год издания 1914. Роман опубликован через несколько месяцев после того, как Резерфорд предложил свою планетарную модель атома и стало ясно, что атом можно разделить на составные части. Сам Резерфорд еще и в тридцатых годах утверждал, что использование атомной энергии не более, чем вздор.

"Освобожденный мир" Уэллса читал в тридцатых годах один из "отцов атомной бомбы" Лео Сциллард. Он признавался впоследствии, что тогда уже догадался о возможных "приложениях" атомной энергии, потому что прочитал Уэллса.

Впрочем, в истории фантастики много сюрпризов. Один из них: оказывается, Уэллс тоже не был первым, кто обратил внимание на кошмар будущих войн! В 1895 году в Англии был опубликован фантастический роман Роберта Кроми "Удар судьбы".

Литературными талантами автор не блистал, в том же году Уэллс опубликовал свою "Машину времени", и на роман Р.Кроми никто не обратил внимания. Между тем, именно этот никому не известный автор "изобрел" бомбу, способную не только разнести вдребезги весь земной шар, но даже придать заметный импульс

Солнечной системе! Впрочем, справедливости ради следует сказать, что о физических принципах действия своей сверхбомбы Р.Кроми не сказал ни слова.

И все же именно фантасты первыми писали об атомной бомбе — еще до появления работы Резерфорда! В 1911 году англичанин Джордж Гриффит опубликовал повесть "Властелин труда", где рассказал о базуке, которая стреляла снарядами, использовавшими при взрыве… энергию распада атомов.

Предупреждали об атомной опасности и русские авторы. В романе Владимира Никольского "Через тысячу лет" (1927 год) можно прочитать об эксперименте, в результате которого "атомы отдали скрытую в них энергию" и "взрыв тысяча девятьсот сорок пятого (!) года стер с лица Земли пол-Европы". А еще через год Владимир Орловский в романе "Бунт атомов" описал борьбу человечества против угрозы атомной войны.

Лео Сциллард, читая Уэллса, задумался о будущей бомбе. Интересно, читал ли Курчатов роман Никольского?

ЛЮДИ, ВСТРЯХНУВШИЕ ЗЕМЛЮ

В 1915 году был опубликован фантастический роман "Человек, встряхнувший Землю". Здесь была впервые описана лучевая болезнь — следствие применения атомного оружия. Кроме того, авторы этого романа первыми использовали атомную бомбу как оружие сдерживания. Герой романа, ученый-пацифист, демонстрирует возможности атомной бомбы и, угрожая всем воюющим странам (шла первая мировая война!), требует прекратить огонь.

Авторами "Человека, встряхнувшего Землю" были два американца — писатель Артур Трэйн и известный физик Роберт Вуд. Вероятно, Трэйн лишь обработал литературно идеи Вуда. Как видите, наиболее прозорливые из ученых тоже предвидели ужасные последствия исследований атома, но почему, чтобы поведать о своих мыслях, Вуд прибег к фантастике? Неужели потому, что полагал: прогноз фантаста будет услышан?

Нет, не услышали… Лишь после трагедии Хиросимы читатели вспомнили: да ведь о чем-то таком мы уже читали! А. Азимов четверть века спустя вспоминал в своей книге "Опус 100":

"Итак, была взорвана атомная бомба, и неожиданно это событие сделало научную фантастику респектабельной. Впервые фантасты явились миру не как группка чокнутых фанатиков; мы сразу же ощутили себя в положении кассандр, которым мир отныне внимал с почтительным смирением. Но право же, мечтал бы я оставаться до конца дней своих "чокнутым" в глазах всего света, чем достичь нынешнего признания такой ценой, ценой нового дамоклова меча над головой человечества". В октябрьском номере журнала фантастики "Удивительные истории" за 1939 год на обложку была вынесена картинка — мирная атомная электростанция будущего. А в пояснительной заметке было сказано, что энергию атома можно будет использовать и в будущих войнах, причем "высвобождение энергии будет столь ужасным, что целые города могут быть стерты с лица земли"…

Нет, фантастов не услышали и на этот раз…

Впрочем, в 1944 году на фантастику все же обратило внимание… ФБР. Уж слишком явным и, главное, точным был прогноз!

В мартовском номере журнала "Удивительные истории" малоизвестный автор Клив Картмилл опубликовал рассказ "Крайний срок". На следующий же день в редакцию явились агенты ФБР и потребовали, во-первых, уничтожить тираж (что было уже просто невозможно), а, во-вторых, сказать, кто именно раскрыл автору государственную тайну. Дело в том, что фантаст во всех подробностях описал в рассказе технологию изготовления атомной бомбы. И это — за полгода до первого испытания в Аламагордо!

История с рассказом Картмилла широко известна. Но мало кто знает, что в июльском номере журнала (буквально за несколько дней до испытания первой атомной бомбы) было опубликовано письмо из читательской почты. "Постоянный читатель" писал с возмущением: "Все эти штучки с соединением двух докритических масс урана-235 с целью вызвать цепную ядерную реакцию не выдерживают никакой научной критики. Это не научная фантастика, а весьма посредственная 'фэнтези'." Вот так-то…

Во второй половине XX века появилась новая наука — футурология, наука о будущем. Ее цель — прогноз грядущих событий. Ее методы были взяты на вооружение фантастами на несколько десятилетий (или веков?) раньше. Но вот парадокс: даже футурологи, пользующиеся теми же методами (экстраполяция, увеличение и так далее) не любят цитировать фантастов… Любопытный психологический феномен — взаимоотношения фантастики и науки!

На самой заре американской научной фантастики, в 1910 году, ее основатель Хьюго Гернсбек предложил всем авторам лозунг: "Экстравагантная фантазия сегодняшнего дня — холодный факт дня завтрашнего".

Фантаст в очередной раз сказал правду о будущем.

Часть 7

Тайна рыбы-компаса

Фантасты умеют пользоваться приемами, но то писатели-фантасты — профессиональные выдумщики. А мы с вами, уже овладев двумя десятками приемов развития воображения, не сумеем разве сами придумать если не новую модель звездолета, то хотя бы фантастическое животное?

Один из слушателей курсов РТВ так и поступил, прислав описание десятка никогда не существовавших в природе и даже фантастами не описанных чудовищ. Что вы скажете, например, о хищном животном, которое питается информацией? Вчерашняя газета для него просто несъедобна, а от сегодняшней хищник приобретает новую силу…

Впрочем, не следует успокаиваться на достигнутом. Сами приемы фантазирования поддаются изменению, усовершенствованию. К примеру, приемы "внесения" и "вынесения" легли в основу метода ассоциаций и метода фокальных объектов. Звучит таинственно, на деле же все достаточно просто.

Выберите два произвольных класса объектов. К примеру, "животные" и "элементарные частицы". Каждый из этих объектов обладает своими уникальными свойствами, верно? Так вот, метод ассоциаций предлагает сделать простую вещь: пусть объекты обменяются своими свойствами.

Какими свойствами обладают элементарные частицы? Зарядом, моментом вращения, способностью двигаться почти со скоростью света… Или вот, специфическое явление в мире элементарных частиц: туннельный эффект. Способность частицы проникать сквозь силовые барьеры. Пусть наше фантастическое животное обладает таким свойством. Будем последовательны: туннельный эффект вовсе не означает, что любая элементарная частица способна вырваться из любой энергетической западни. Это, как говорят физики, свойство вероятностное — иногда получается, иногда нет. Значит, и животное наше время от времени может проникать сквозь стены и всякие иные преграды. Только время от времени, причем само животное никогда не знает заранее — получится или нет. Согласитесь, жизнь у такого существа нелегкая: можешь разбить о стену голову, а можешь и проскочить — это уж как повезет…

Но метод ассоциаций говорит об обмене свойствами. Значит, теперь нужно элементарным частицам приписать специфические свойства животных. Попробуйте-ка сами придумать элементарную частицу, способную, например, как любое животное,

приносить потомство. Как, по-вашему, будет выглядеть мир, в котором пара частиц (например, электрон-"мужчина" и позитрон-"женщина") время от времени будет рождать сына-электрона или позитрона-девочку. А если встретятся протон с нейтроном? А если миллион протонов образуют стаю и отправятся охотиться на мю-мезонов?

Только не говорите мне, что все описанное противоречит законам природы! Естественно, противоречит, как противоречила когда-то известным законам природы идея создания атомной бомбы. Вы помните главное правило фантазирования: добиваться появления нового качества? А главное свойство хорошей фантастической идеи: в момент рождения противоречить законам природы, а порой и здравому смыслу, но потом, со временем обязательно воплощаться в жизнь.

Метод ассоциаций требует обмена свойствами между двумя типами объектов. А как выбрать сами объекты? К примеру, не так уж интересно работать с такими объектами как "книга" и "газета". И то, и другое напечатано на бумаге, и там, и там — буквы, рисунки… Если поменять свойства у столь сходных объектов, новое, тем более, фантастическое, качество получить трудно. Значит, для продуктивной работы фантазии нужно подбирать объекты, очень непохожие друг на друга. Как "животное" и "элементарная частица". Или как "школа" и "динозавр". Или: "рыба" и "компас". Кстати, о рыбе-компасе. Любопытное создание, способное двигаться в океане только вдоль силовых линий магнитного поля Земли. А компас-рыба — это что еще за штука? Прибор, который не только показывает направление на север, но еще и способен метать икру — например, выстреливает мелкие металлические шарики в направлении на север и юг. А шарики тянут за собой тонкую нить, показывающую даже в тумане верную дорогу…

Возможны, конечно, варианты. Какие?

ВОТ И ВЕСЬ ФОКУС

Метод ассоциаций предполагает обмен свойствами между двумя классами объектов, и чем меньше эти объекты похожи друг на друга, тем более любопытными получаются новые идеи. Свойства лягушки припишите микроскопу, а свойства микроскопа — лягушке.

А можно иначе — собрать, будто в фокусе, свойства сразу нескольких объектов и приписать их все какому-то одному объекту, выбранному заранее. По сути, это известный прием "внесения", дополненный не менее известным приемом "увеличения". А называется этот гибрид "методом фокальных объектов".

Знаете, что самое сложное? Выбор "фокальных объектов". Допустим, что вы решили пофантазировать о том, какой будет книга лет этак через сто или двести. И хотите потренировать фантазию именно с помощью метода фокальных объектов. Итак, в фокусе — книга. Так и хочется в качестве фокальных объектов выбрать что-то сходное, что-то, тоже связанное с передачей информации: грампластинку, например, или картину, или телевидение. Нет, нет и нет! Телевизионная книга, звуковая книга — все это было, и всего этого не будет через сто лет. Идея должна быть безумной, чтобы оказаться верной, а в звуковой книге нет ровно никакого безумия. Значит, и воображению здесь делать нечего.

РТВ рекомендует: чтобы "безумие" фокальных объектов проявилось в полную силу, воспользуйтесь… словарем. Можете, англо-русским. Или русско-монгольским, не имеет значения. Откройте словарь на произвольной странице, ткните пальцем… Вот ваш фокальный объект. К тому же, и вариантов огромное количество. Я, к примеру, трижды ткнул пальцем, и выпали: вибрион, аквариум и эрозия. Вам наверняка выпадет что-то совершенно иное, и ваша книга будет так же не похожа на мою, как холера на синтаксис.

Итак, припишем обычной книге свойства, которыми обладают холерный вибрион, аквариум с золотыми рыбками и эрозия, разрушающая почву. Вибрион разносит заразу, и достаточно запустить эту гадость в водопровод… Вот именно: так и будут распространять книги в будущем. Автор пишет роман, отдает его на станцию распространения, здесь информацию прессуют (это мы и сейчас умеем!), запечатывают в капсулу размером с микроба и запускают в городской водопровод. И вы пьете книгу вместе с водой, и вы заболеваете этой книгой. Не хотите? Что ж, кипятите воду перед тем, как пить — "книжный микроб" погибает от высокой температуры.

Вы еще не забыли об аквариуме и эрозии? Аквариум служит для того, чтобы держать в нем рыбок. Пусть наша книга-вибрион, кроме прочего, будет таким своеобразным аквариумом для новых идей. Рыбок в аквариуме нужно подкармливать, чтобы они не подохли. Значит, книгу-вибрион, уже внедрившуюся в наш организм, тоже придется подкармливать специальным питанием, чтобы читать ее еще и еще, заново переживая с героями удивительные приключения. Скажем, выпили вы с водой новую историю о бедняжке Скарлетт, прямо-таки заболели (буквально!) этой историей, хотите подольше ощущать себя в "том мире" — что ж, чтобы не "выздороветь" раньше, чем вам того захочется, принимайте патентованный корм для книжников! Ложку перед едой, ложку на сон грядущий, и Скарлетт еще долго будет с вами…

А эрозия? Что ж, как ветры разъедают почву, так желудочный сок и прочие ферменты со временем разъедают, убивают книжный вибрион в вашем организме, и образ Скарлетт не просто тускнеет, странным образом женщина становится старухой или, того хуже, мужчиной, сюжет расползается, вы уже не можете связать концы с концами. Вам действительно становится дурно, и температура повышается, вы больны, как заболевает почва, подверженная эрозии…

Ничего не поделаешь, всему приходит конец, и книга-вибрион, даже после аквариумной подкормки, погибает как почва в пустыне. А если вы хотите продолжения истории о Скарлетт, — пейте некипяченую воду. Впрочем, вполне возможно, что на этот раз вам суждено заразиться вовсе не образом прекрасной американки, но совсем даже наоборот: образом Аль-Капоне, потому что сегодня в водопровод проник вибрион книги об этом знаменитом гангстере.

Не хотите? Выход один: кипятите воду и мойте руки перед едой.

Всех, кому кажется, что в будущем книга все же не станет столь фантастичной, могу заверить: наверняка книга будущего окажется еще более невероятной, чем мы сейчас вообразили.

Какой именно? Возьмите словарь и отыщите другие фокальные объекты.

ЗНАЕТ ЛИ СЛОН АРИФМЕТИКУ?

Среди многочисленных приемов развития фантазии есть один, которым писатели-фантасты пользоваться не любят. Им кажется, что прием слишком уж прост, и хорошей фантастической идеи с его помощью не получишь. Иное дело — изобретательство, здесь приему "используй внутренние ресурсы" самое место. В изобретательском деле этот прием очень популярен — именно в силу своей простоты. Но только ли в изобретательском? И так ли уж правы фантасты? Вы сидите в зале и смотрите, как фокусник выводит на сцену слона. Взмах руки, ослепительная вспышка, и секунду спустя вы обнаруживаете, что… слона на сцене нет. "Ну конечно, — скажет нетерпеливый читатель, — это просто: слона опускают в люк, только и всего". Нет, такое решение слишком уж сложно, и фантазии в нем мало.

А если слон испугается, опускаясь в люк?

Все гораздо проще — фокусник использовал "внутренние ресурсы". Ведь сцена погружена в полумрак, действие разворачивается на фоне черного задника, даже пол покрыт черной материей. Для таинственности? Конечно, но не только. Во время вспышки, когда внимание зрителя на секунду отвлечено, фокусник поднимает с пола черное покрывало и набрасывает на слона. Черный задник, слон под черным покрывалом, полумрак, а в глазах после яркой вспышки еще вертятся круги — вот и весь эффект. "Внутренний ресурс" — черная материя, лежавшая на полу. Тот случай, когда зритель видит "источник чуда", но не обращает внимания.

Чаще, конечно, фокусники стараются все же скрыть используемые "внутренние ресурсы", хотя зритель, знающий о таком приеме, легко догадывается, в чем секрет фокуса. Выходит, скажем, на сцену иллюзионист, несколько его помощников с видимым усилием водружают на постамент металлический ящик, после чего артист предлагает любому из зрителей попробовать свою физическую силу. Из зала один за другим выходят на сцену богатыри под два метра ростом, но ни одному из них не удается даже приподнять ящик. После чего фокусник под рокот барабана легко берет ящик за ручку и поднимает его над головой. В прошлом веке фокус поражал воображение. Надо полагать, что читатель уже догадался — в столе помещен мощный электромагнит. Внутренний ресурс, в данном случае, — магнитные свойства металлического ящика.

А если вывести на сцену все того же слона, дать ему в хобот указку и предложить отгадать, сколько будет, допустим, семью восемь? Слон подходит к доске, на которой нарисованы числа, и после минутной заминки (должно ведь животное подумать!) уверенно тычет указкой в число 56. Все то же магнитное поле, надо полагать: указка металлическая, числа на доске магнитные, и ассистент в нужное время включает ток…

Черная тряпка на сцене — это очень простой "внутренний ресурс". Магнитное поле — посложнее, но, если вы уяснили идею, то все дальнейшее трудностей не вызывает. Помните, мы говорили о том, как в изобретательстве используют "веполи" — взаимодействие вещества с различными полями? "Внутренним ресурсом" могут быть не только магнитные свойства веществ, но их способность изменять агрегатное состояние (быстро испаряться, например), тепловые свойства, способность пропускать электрический ток, реагировать на высокочастотное излучение (помните знаменитые "опыты" Сокола, жарившего яичницу на холодной сковородке?). Прием "используй внутренние ресурсы" прекрасно знали еще древнеегипетские жрецы, не говоря о магах и колдунах более позднего периода. Притронется, допустим, грешник к распятию, и его тут же бьет неведомая сила. Сейчас этот трюк не подействует — даже грешники знают, что нельзя касаться руками оголенных проводов…

В заключение — задача. Разгадайте тайну фокуса. На сцене стоит пустой аквариум. Иллюзионист на мгновение прикрывает аквариум платком, и… в воде оказываются десятки золотых рыбок. Как это получилось? Прием все тот же — использование внутренних ресурсов. Каких?

ЭТОТ ТАИНСТВЕННЫЙ ГУДИНИ

Фокус с аквариумом прост. "Внутренние ресурсы" — обыкновенное зеркало, которое сначала перегораживает аквариум пополам (рыбки находятся за зеркалом, и зритель их не видит, ему кажется, что аквариум пуст). Взмах материей, зеркало опускается на дно и… дальнейшее понятно.

Да, фокус с аквариумом, действительно, прост. Попробуйте лучше поразмышлять над трюками, которые показывал в начале XX века великий иллюзионист Гарри Гудини. Гудини забирался в ящик из толстого листового железа. Никаких секретов: перед демонстрацией каждый желающий мог сам осмотреть ящик и даже забраться внутрь в поисках секретных приспособлений. Зрители сами закрывали ящик крышкой, Гудини изнутри проталкивал в отверстия болты, и зрители (сами — никаких ассистентов!) наворачивали на болты гайки, закручивая их до упора. Потом, правда, ящик уносили за ширму и оставляли ровно на минуту. Гудини появлялся под гром аплодисментов, а гайки с болтами так и оставались на своих местах!

После демонстрации трюка зрители еще раз самым внимательным образом проверяли конструкцию ящика — в нем не было двойного дна, не было спрятано пилы, с помощью которой Гудини мог бы перепилить болты, да и когда бы он успел это сделать? Под сценой не было никаких потайных люков — уж это проверялось в первую очередь.

Тайну фокуса Гудини унес с собой — он утверждал, что все секреты записал и спрятал в своем сейфе, который разрешил открыть в день своего столетнего юбилея. До ста лет великий маг не дожил, но 6 апреля 1974 года завещание Гудини было вскрыто, и… никаких разоблачений не последовало. Маг унес свои тайны с собой. Что ж, давайте все же попробуем разгадать секреты Гудини: великий иллюзионист наверняка использовал уже известные нам приемы развитияфантазии. Прежде всего — "внутренние ресурсы", ибо что же еще мог он использовать?

Что представлял собой железный ящик в трюке Гудини? Листы металла, прочно приваренные друг к другу и накрытые железной крышкой. Мог иллюзионист использовать этот ресурс — скажем, сотворить что-нибудь с листовым железом? Очевидно, что нет. Что еще было под рукой фокусника? Только болты с гайками, которыми закрывалась крышка. Иных "внутренних ресурсов" просто не было. Значит — болты и гайки. Секрет в них. Но ведь и болты с гайками были зрителями проверены. Более того, сами зрители и прикручивали гайки, да так, что отвинтить их можно было разве что с помощью разводного ключа. Замечательно! Гайки — обычные. Болты — обычные. Что еще осталось? Единственное — у болтов ведь есть головки.

Наверняка секрет в них: головки сворачиваются наподобие гаек, винты проталкиваются наружу, крышка откидывается, Гудини вылезает из ящика, навинчивает головки на место, опять проталкивает их в отверстия, закрывает пустой уже ящик, закручивает гайки снаружи… Конечно, все это нужно делать быстро, но тут уж иное дело — тренировка.

Попробуйте разгадать простой трюк Гудини. В синем костюме на белом коне маг въезжает на сцену мимо одетых в белое всадников-ассистентов. Яркая вспышка, и когда несколько секунд спустя глаза адаптируются к полумраку, зритель… не обнаруживает на сцене ни великого мага, ни его коня. Все происходит слишком быстро — у Гудини просто нет времени ускакать со сцены! И не говорите мне о люках, это не свидетельствует о богатстве воображения.

Все куда проще. Кстати, ключ к разгадке фокуса можно найти в рассказе Г.Честертона "Невидимка". Ваше решение?

КАРНАВАЛ ЗАДАЧ

Попробуем подвести некоторые итоги, и с этой целью проведем контрольную работу. Мы говорили о многих тайнах воображения, изучили десятки приемов фантазирования, даже посоревновались с писателями-фантастами в выдумывании фантастических идей и разгадали несколько секретов самого Гарри Гудини. Попробуйте теперь использовать приобретенные знания и решите несколько задач. Для решения одних задач нужно лишь воображение и более ничего. Для решения других — знание некоторых приемов теории изобретательства. Задачи эти хорошо известны знатокам ТРИЗ, их часто решают на курсах ТРИЗ и РТВ.

Итак, задача номер 1. Кто не видел плюшевых игрушек? Надо полагать, нет таких. Но знаете ли вы, что в двадцатых годах в Германии была выведена порода кроликов Рекс с очень ценным мехом, напоминавшим плюш? Вывоз этих кроликов из Германии был строго запрещен. Но именно в те годы в Берлине был в научной командировке советский биолог А.С.Серебровский. Вернувшись домой, он-таки развел в СССР породу этих "секретных" кроликов, вывезя под носом у таможенников из Германии ценный генетический материал. И при этом не нарушил закона! Как это ему удалось?

Задача номер 2. Шла Великая Отечественная война, был декабрь 1941 года. На Северном Урале мороз доходил до минус тридцати градусов. В те дни на одном из заводов потребовалось срочно установить пресс для штамповки листовой танковой брони. Вырыли в мерзлом грунте яму, куда и нужно было опустить основание пресса весом в несколько сотен тонн. И… работа остановилась: не было подъемного крана. Можете себе представить, что значила в то время остановка работ, пусть даже по совершенно объективной причине? Нет, начальника цеха не расстреляли — он нашел выход. А вы?

Задача номер 3 — вполне реальная задача из астрономии. Не нужно пугаться — для решения требуется знание не астрономии, а приемов фантазирования. Почти в любой обсерватории мира ведут сейчас поиск новых и сверхновых звезд. Это означает, что каждую ночь фотографируют какой-то выбранный участок неба, а потом сравнивают фотографии, и, если на одной из них появится звезда, которой не было еще сутки назад, значит — открытие сделано. Это, конечно, просто сказать. А на деле куда как сложно — ведь на фотографии видны десятки тысяч звезд! Попробуйте-ка сравнить два снимка этого "звездного хаоса"… Астрономы, тем не менее, с задачей справились, и еще с тридцатых годов пользуются прибором, позволяющим буквально за считанные секунды обнаружить на фотографии даже очень слабенькую новую звезду. Как работает этот прибор?

Задача номер 4. Совсем простенькая задача. Вы знаете, конечно, что даже в одной капле воды живут миллионы микробов. А вам нужно рассмотреть под микроскопом одного из них. Только одного. Вот и предложите, как отделить от "стаи" одного-единственного микроба.

Задача номер 5. Однажды старый и некрасивый банкир заказал молодому художнику свой портрет. Художник оказался перед дилеммой: если он нарисует банкира таким, каков он на самом деле, тот рассердится и откажется платить. А если художник приукрасит портрет, то банкир не обнаружит сходства и, опять-таки, платить откажется. Будучи молодым и честным, художник изобразил банкира старым и некрасивым. "Это какое-то чучело!" — вскричал заказчик и ушел, хлопнув дверью и ничего, конечно, не заплатив. Художник пожал плечами и усмехнулся, сказав: "Ничего, он вернется". И действительно, несколько дней спустя банкир вновь появился в мастерской художника и купил свой портрет, хотя теперь автор запросил вдесятеро большую цену. Что произошло?

Всего пять задач. И небольшая подсказка: не забывайте о том, что нет задач без противоречий…

А теперь проверьте свои решения.

Задача о кроликах Рекс. Итак, имеется противоречие: кроликов Рекс вывезти из Германии нельзя (запрещает закон), и кроликов Рекс вывезти можно (сделал же это Серебровский!). Вы не забыли в предновогодних хлопотах, как разрешаются противоречия? Стандартный способ — разделить противоречащие друг другу части либо в пространстве, либо во времени. Либо Серебровский не перевозил кроликов через германскую границу, и они оказались в России каким-то иным способом, либо перевозил, но вовсе не тогда, когда его проверяли таможенники. Именно так и было, как ни парадоксально это выглядит! Серебровский использовал прием объединения и скрестил кроликов Рекс с другой породой, к вывозу не запрещенной. Кролики, которых он показал таможенникам, вовсе не были похожи на знаменитую породу. Но во втором уже поколении (а кролики размножаются быстро) все признаки породы Рекс проявились в полную силу. Так и получилось: Серебровский провез ценных кроликов и в то же время не нарушил закона!

Задача об установке тяжелого пресса тоже достаточно проста. Прием — использование ресурсов. Вспомним: дело было на Урале в морозную зиму 1941 года. Холод — вот ресурс! В яму, куда нужно было опустить фундамент пресса, налили воду. Вода замерзла, и на возникший толстый слой льда легко втащили тяжелую махину пресса. А затем… Ну, это, думаю, уже ясно. Лед растопили горелками, и пресс медленно опустился на отведенное для него место.

Нисколько не сложнее и третья задача — о том, как различить слабенькую новую звезду на фоне тысяч других звезд. Нужно использовать два приема: объединения и "наоборот". Берутся негатив, снятый прошлой ночью и позитивная фотография, сделанная ночью нынешней. Совмещают изображения и. Обычные звезды на негативе и позитиве совпадут друг с другом, и перед глазами окажется ровный черный фон, кроме… одной-единственной звездочки, которой вчера еще не было.

Задача четвертая: как отделить от "стаи" один-единственный микроб? Да очень просто! Рядом с культурой микробов капают каплю чистой жидкости. Потом с помощью иглы соединяют обе капли тонкой дорожкой — настолько тонкой, что "пройти" по ней может единственный микроб. Едва только первый микроб переходит из одной капли в другую, дорожку разрывают, клетка для микроба захлопывается… Приемы "использование ресурсов" и объединения.

Пятая задача — о художнике и банкире — выглядит сложнее остальных, хотя на самом-то деле художник нашел решение простое и эффектное. Он выставил портрет банкира в галерее, снабдив картину подписью "Скупец". Люди приходили полюбоваться талантливой работой и, естественно, потешались над банкиром. Тому просто не оставалось ничего иного, кроме как выкупить портрет и спрятать его подальше от посторонних глаз.

Решение простое, но скажите сами, какой именно прием фантазирования (или их совокупность) использовал художник?

Задание, которое я предлагаю сейчас, более сложное. Всегда сложнее придумать хорошую задачу, чем решить ее. Вы знаете уже более двух десятков приемов фантазирования, вот и попробуйте сами придумать новую задачу на воображение. Собственно, наверняка в вашей жизни были случаи, когда вам приходилось напрягать фантазию, выходя из трудной ситуации. Это уже почти готовая задача, нужно лишь немного приукрасить "сюжет".

ФАНТАЗИРУЮТ ПАУКИ

Как мы уже убедились, приемы фантазирования помогают не только придумывать сугубо фантастические ситуации, но и в решении реальных творческих задач совершенно необходимы. Вопрос: является ли обыкновенный паук творческой личностью? "Фу, гадость какая, — скажет большинство читателей, — как можно сравнивать человека-творца с пауком?" Между тем, от истины не уйти: паук, бегающий по стене или дереву, прекрасно знаком с приемами развития творческого воображения и использует их в своей "деятельности". Использует, конечно, инстинктивно, но разве это меняет суть дела?

Поставьте-ка себя на место паука и решите задачу: как с помощью паутины поймать добычу? Только не нужно давать стандартного ответа: нить, мол, липкая, мухи и всякие таракашки прилипают к ней и попадают пауку на обед. Попадают, верно, но, видите ли, далеко не все пауки умеют плести липкую нить. Есть немало пауков, которые в ходе эволюции так и не обзавелись железами, выделяющими вязкий липкий секрет. Им что же, помирать от голода? Нет, не помирают, живут не хуже прочих. Как им это удается?

Решение пауки (или лучше ссылаться на природу?) "придумали" простое и вполне в духе РТВ. Они воспользовались приемом уменьшения — научились ткать тончайшую шелковую вату с волокнами, толщина которых всего одна стотысячная доля миллиметра! Никакая современная техника не в состоянии создать нить такой толщины. Так вот, эта "вата" наносится на обычную паучью нить и "работает" не хуже клея: достаточно насекомому попасть в паутину, и тончайшие нити тут же цепляются за щетинки тела. Отцепиться невозможно!

Кстати, примерно таков же принцип действия известной всем застежки на "липучках" — тонкие ворсинки (но куда им до паучьих!) цепляются не хуже клея…

Вот еще задача из паучьей жизни. Паутина, как вы знаете, бывает очень сложной формы — тут и окружности, и многоугольники, и другие фигуры. Это понятно — чем больше и сложнее паутина, тем легче попадает в нее добыча. Но у некоторых видов пауков паутина представляет собой всего лишь одну-единственную нить почти трехметровой длины. Что можно поймать одной нитью? По идее, пауки, ткущие такую нить, должны были давно вымереть. Нет — живут припеваючи. Как им это удается? Помогает, опять-таки, "знание" приемов РТВ. В данном случае пауки воспользовались приемом динамизации. Паук держит концы нити передними ногами, а другими цепляется за ветку. Пролетает мимо бабочка и случайно касается крылышком липкой нити. Паук мгновенно натягивает нить, и она, подобно сворачивающейся пружине, сматывается в брюшко. Вместе с бабочкой, естественно, которая даже сообразить не успевает, что с ней случилось…

Кстати, не ответите ли, каким образом паук может закусить бабочкой, которая в несколько раз больше самого паука? Да очень просто — опять используется прием развития творческой фантазии. На этот раз довольно сложный прием — отделение функции от объекта. Как-то я рассказывал о придуманной фантастами, а затем воплощенной в жизнь идее "солнечного парусника" — звездолета, в котором двигатель находится не внутри корпуса, а вне его (двигателем является Солнце!). Функция (двигатель) отделена от объекта (звездолета). Так поступили и пауки. Да, желудок у них просто микроскопический, и потому пища переваривается не внутри, а… снаружи. Паук просто впрыскивает в тело жертвы свою слюну, и ферменты переваривают соки и ткани внутри бабочки. Пауку остается лишь воспользоваться пищей, "готовой к употреблению".

Если вам понравилось на месте паука решать творческие "паучьи" задачи, то вот вам еще две — и неделя срока. Паукам для решения понадобились миллионы лет, но разве человек не умнее?

Задача первая. Известно, что в лабораториях синтезируется много новых лекарств. Нужна проверка, но для начала ведь синтезируется очень мало вещества, да и время поджимает. Как поступают врачи?

Задача вторая. Некоторые пауки доставляют людям немало хлопот. К примеру, лабиринтный паук, живущий на лугах, уничтожает пчел. Пчеловодам, конечно, пчелы дороже пауков, но и пауки приносят не только вред, травить их не хочется. Как поступили пчеловоды?

ТАКИЕ УМНЫЕ ПАУКИ

Задачи из жизни пауков не так уж сложны.

Задача первая. Известно, что в лабораториях синтезируется много новых лекарств. Нужна проверка, но для начала ведь синтезируется очень мало вещества, да и время поджимает. Как поступают врачи?

Да очень просто. Естественно, используют пауков. Пауки постоянно плетут свои сети, а качество сетей зависит от самочувствия паука. Под действием даже микроскопической доли медицинского препарата пауки начинают ошибаться, сеть становится кривой или короткой, или с иными дефектами. По виду дефектов и определяют "состояние здоровья" паука и, следовательно, характер действия будущего лекарства. Сделать это можно буквально в течение нескольких часов! Задача вторая. Некоторые пауки доставляют людям немало хлопот. К примеру, лабиринтный паук, живущий на лугах, уничтожает пчел. Пчеловодам, конечно, пчелы дороже пауков, но и пауки приносят не только вред, травить их не хочется. Как поступили пчеловоды?

Да очень просто. На лугах, как известно, пасут овец. Вот пчеловоды и договорились с чабанами, чтобы по утрам отары прогоняли через луга, на которых летают пчелы. Овцы вытаптывают паутину.

Решения, действительно, простые. Вопрос: какие приемы фантазирования использовали врачи и пчеловоды, которые не обучались методам РТВ? Кстати, именно поэтому врачам и пчеловодам понадобилась не одна неделя, чтобы найти решения стоявших перед ними проблем.

Задачи из жизни пауков предложил несколько лет назад читателям "Журнала ТРИЗ" вильнюсский инженер К.Усявичюс. Нет, он не проводил собственных наблюдений за пауками, он прочитал о паучьей жизни в книгах и был поражен тем изяществом, с каким пауки "использовали" приемы развития творческой фантазии. На самом деле не одни пауки, конечно, такие "умные" — если внимательно прочитать "Жизнь животных" Брэма, можно обнаружить и в тигриной, и в медвежьей, и даже в лягушачьей жизни признаки использования того или иного приема ТРИЗ и РТВ. И это естественно — ведь сам набор приемов, которыми мы теперь постоянно пользуемся, получен был в результате изучения фантастических идей, изобретений и… самой жизни, в которой мы эти приемы частенько применяем, не задумываясь.

Кстати, мы изучили еще далеко не все приемы фантазирования, и прежде чем перейти к оставшимся, давайте проведем контрольную работу. Поставьте себя на место паука, войдите в образ и…

Вопрос первый: какая наука именно так и рекомендует решать изобретательские задачи — входить в образ? В образ прокатного стана, если решается задача об увеличении скорости проката стали. Или в образ инопланетного существа, если нужно придумать новую фантастическую идею. Или в образ паука — как в нашем случае.

Вообразили себя пауком? Представьте теперь, что вы, с помощью специальных бородавок-желез, выделяете белковый секрет, который и превращается в тонкие нити паутины. Нити, обратите внимание, в несколько раз более прочные и вчетверо более растяжимые, чем той же толщины стальная проволока! Поделитесь опытом — как вам удается из эластичного материала плести столь прочные нити?

Пауки, между прочим, живут не только на суше, но и под водой. Я понимаю, что войти в образ подводного жителя несколько труднее, и потому предлагаю, выйдя из образа, ответить на такой вопрос: как живут пауки под водой? Жабр у них нет, это вам не рыбы. Подниматься на поверхность за каждым глотком воздуха?

Непродуктивно, да и опасно, все равно, что лишний раз выходить на улицу, где поджидают гангстеры. А пауки не только живут под водой, но и питаются (для того, собственно, и под воду полезли). Как им это удается?

Несложные задачи, и решаются они с помощью очень простых приемов.

ОРАКУЛ ФИРМЫ "РЭНД"

Пауки, конечно, умные животные, но человек умнее. Во всяком случае, для решения контрольных задач читателям не понадобились миллионы лет. Почему паутина бывает прочнее стальной нити такой же толщины? Очень просто: пауки используют прием увеличения. Каждый инженер знает, что многожильный кабель прочнее одножильного. Вот и пауки плетут свои нити не одинарными, а сплетают их из множества еще более тонких нитей, как женскую косичку.

Вторая задача: как пауки дышат под водой, если у них нет жабр? Очень просто — пауки-серебрянки используют приемы дробления и "наоборот". Наоборот: запас воздуха находится не внутри паучьего тела, а снаружи. А дробление — запас воздуха дробится на мельчайшие пузырьки, которые прикрепляются к паучьим ворсинкам. Эти воздушные пузырьки служат своеобразными жабрами — через них в воду уходит выдыхаемый пауком углекислый газ, через них же поступает из воды кислород…

Пауки, конечно, умны, но вот, чего не умеет никто из животных: предсказывать будущее. Нет, я не собираюсь рассказывать об использовании методов РТВ в астрологии или хиромантии. Нас ведь интересуют новые идеи в области науки, техники, искусства, а астрологи предсказывают судьбы людей, народов и стран. О судьбах изобретений и открытий астрологи умалчивают. Между тем, почему бы не предсказать?

Ведь подобно человеку или стране, та или иная наука тоже имеет свою дату рождения. Теория относительности, к примеру, родилась в мае 1905 года — почему бы не составить ее натальную карту и не предсказать: будет ли она, в конце концов, опровергнута, или теории Эйнштейна суждена долгая и счастливая жизнь? Чтобы предсказать будущее науки, ученые полвека назад изобрели несколько любопытных методов. Один из них — метод экспертной оценки, или, как его еще называют, дельфийский метод. Происхождение названия простое: в древнегреческих Дельфах был храм, в котором вещал Оракул. Ему задавали вопросы о будущем, и он, недолго думая, отвечал. Правильно или нет — неизвестно, ну да не в этом дело. Современный Оракул — не личность, но коллектив. Вот как происходит процесс научного прогноза. Подбирается группа экспертов — специалистов в области науки, будущее которой мы хотим узнать. Составляется список вопросов, например: "В каком году, по-вашему, будет открыт метод управления полем тяготения?" Каждый эксперт отвечает по-своему. Ответы анализируют, и крайние мнения отбрасывают. Вопрос корректируют (например: "В чем будет заключаться метод управления гравитацией?") и проводят второй тур. За ним — третий, еще раз скорректировав вопросы.

Эксперты, конечно, используют все приемы РТВ, какие им известны, но чаще всего (к сожалению) — метод тенденций.

В результате прогнозист получает таблицу, в которой содержится предсказание развития науки или техники на десять или более лет. Один из первых "дельфийских опросов" был проведен американской фирмой "Рэнд корпорейшн" тридцать лет назад, в 1964 году. Самое время проверить, насколько правы в своих предсказаниях оказались ученые-эксперты.

Первый вопрос был таким: когда вычислительные машины смогут свободно переводить тексты с одного языка на другой? Несколько десятков экспертов, независимо друг от друга, назвали даты между 1968 и 1977 годом. В среднем получился 1973 год. После этой даты, как легко подсчитать, прошла четверть века, и компьютерные словари можно приобрести в любом магазине электроники. Но это ведь не совсем то, верно? Мы все еще вынуждены платить профессиональному переводчику, а не заказывать перевод компьютеру. Нет, конечно, простые фразы компьютер и сейчас способен перевести, но вот, что получилось как-то у московских программистов, которые поручили компьютеру перевести с русского на русский (сначала, конечно, переведя на английский, потом на французский и так далее, всего было "задействовано" восемнадцать языков) фразу "В здоровом теле — здоровый дух". Обратный перевод, бодро выданный электронным мозгом, гласил: "Мясо уже протухло, но водка еще крепкая"…

ПОЧЕМУ ОШИБАЛСЯ ОРАКУЛ?

Второй вопрос, который был задан экспертам "Рэнд корпорейшн": когда будут созданы надежные методы предсказания погоды? Эксперты назвали 1975 год и оказались, в общем, близки к истине. Действительно, к середине семидесятых годов система метеорологических спутников начала "обслуживать" весь земной шар от полюса до полюса, были созданы эффективные методы обработки поступающей информации, и сегодня мы можем наблюдать по телевидению движение облаков над земным шаром. И если сегодня ярко светило солнце, а на завтра вам предсказали затяжные дожди, то, скорее всего, так оно и будет — не задумываясь, берите с собой зонт.

Отвечая на вопрос о сроках осуществления управляемого термоядерного синтеза, эксперты оказались излишне оптимистичны. Они назвали 1987 год. Конечно, кое-какие достижения есть и в этой области: в течение незначительных долей секунды реакцией перехода четырех атомов водорода в один атом гелия удается управлять. Но не более того… До строительства термоядерных электростанций все еще очень далеко.

Далеко, пожалуй, и до экономически целесообразного управления погодой в отдельных регионах. Эксперты назвали 1990 год. Эксперименты по управлению погодой велись тридцать лет назад, ведутся и сейчас, но, если над Москвой идет дождь, то никто пока не может разогнать тучи (есть способы проделать в тучах "дыру" и дать вам на несколько минут полюбоваться солнечным светом, но потом опять придется раскрывать зонт).

Проверить выполнение остальных прогнозов мы пока не можем. Нужно ждать, потому что сроки, названные экспертами — это начало XXI века. Какие же достижения показались ученым шестидесятых годов столь трудно выполнимыми?

Лекарства, повышающие умственное развитие человека. Результат его действия мы можем пока видеть лишь на страницах научной фантастики — перечитайте, например, замечательный рассказ Д.Киза "Цветы для Элджернона". Или посмотрите известные фильмы "Газонокосильщик" или "Нирвана".

Непосредственное взаимодействие мозга человека и компьютера. Что ж, и это пока из области фантастики, отлично проиллюстрированной в том же "Газонокосильщике". Проблема оказалась сложнее, чем полагали авторы вопросника. Эксперты шестидесятых годов отнесли решение 2020 году. Возможно, они правы.

Согласно прогнозам, человек XXI будет жить лет на пятьдесят больше нас. Но средство для продления жизни будет изобретено, как утверждали эксперты "Рэнд корпорейшн", в 2025 году. Значит, при нашей жизни нам все еще будут желать "до ста двадцати", а уж нашим правнукам — вероятно, "до ста семидесяти!"

К тому же, 2025 году, отнесли эксперты и осуществление двусторонней связи с внеземными цивилизациями. Тут, пожалуй, нужно усомниться в прозорливости экспертов. Речь шла об осуществлении радиоконтактов, в шестидесятых годах велись работы по программе ОЗМА — радиотелескопы "прощупывали" небо в поисках инопланетных радиопередач. Не нашли. Сейчас многие думают, что и не найдут никогда. Слишком уж это нерациональный способ общения. Другого пока, впрочем, ученые не придумали. Придумали фантасты; тут вам и надпространственные переходы, и сверхсветовые скорости… Чистая, вроде бы, фантазия, наукой и не пахнет. Но не будем торопиться с выводами, фантастические идеи частенько оправдываются, даже если поначалу выглядят безумными. Вот только со сроками не очень ясно. Фантасты относят начало межзвездных контактов ко второй половине будущего века. Кто прав — эксперты или фантасты? Подождем.

Замечательный Оракул был у фирмы "Рэнд корпорейшн". Вот только… Никто не предсказал, что в девяностых годах весь земной шар будет охвачен единой компьютерной сетью. И о компьютерных вирусах никто не сказал ни слова. Подобных вопросов в списке просто не было. Не предвидели эксперты и многие другие достижения науки. Знаете, почему? Специалист по РТВ ответит, не задумываясь: эксперты пользовались методом тенденций, самым "гнилым" методом РТВ. И, даже в этом случае, не доводили рассуждения до качественных скачков. Упрекать экспертов ни к чему: современная теория развития творческого воображения в те годы еще не существовала.

"Но в наши-то дни, — скажет читатель, — когда РТВ уже существует, "оракулы" наверняка пользуются ее методами!"

Должны бы, конечно, но… В "Дельфийском отчете 1995 года" опубликованы предсказания экспертов на ближайшие тридцать лет.

"Дельфийский отчет 1995 года" — замечательное произведение. Классический пример того, как нельзя в наши дни делать прогнозы. Вроде бы, соблюдены все правила прогностики — эксперты подобраны самые лучшие, крупнейшие специалисты в своей области, вопросы были тщательно продуманы и совершенствовались в процессе исследования. И все же, я думаю, если бы прогнозисты с меньшим предубеждением относились к фантастической литературе, именно там они нашли бы более правильные ответы на вопросы "дельфийской викторины", и Оракул XX века оказался бы более прозорлив…

Вот один из вопросов, на который пришлось отвечать экспертам: когда микрокомпьютеры получат всеобщее распространение, и любой абонент, в кармане которого лежит "компьютерный блокнот", сможет, находясь где угодно — в машине, ресторане или в лесу, — заказать любую информацию, прослушать концерт, поговорить с другом, сообщить домашней кофеварке, чтобы кофе был сварен к такому-то часу? Вопрос был, конечно, сформулирован более компактно и менее понятно, ответ экспертов оказался еще короче: в 2020 году.

Что ж, разве плохое предсказание? Разве вам не хочется иметь такой суперблокнот, который весит меньше ста граммов и помещается в кармане джинсов? Разумеется, хочется, но… Видите ли, в сущности, подобная система существует и сегодня, просто она еще слишком громоздка и в карман не помещается. Что сделали эксперты? Всего лишь использовали прием уменьшения и назвали дату, когда, по их мнению, этот прием даст результаты.

Но, господа, вы помните главное правило использования приемов фантазирования? Нужно изменять исходный объект (в данном случае — "компьютерный блокнот") до тех пор, пока не возникнет качественно новое явление. Эксперты воспользовались приемом уменьшения, но довели ли дело до конца? Нет, конечно. Сейчас компьютер стоит на вашем столе, а через четверть века он будет помещаться в кармане — вот и все предсказание. Любой современный писатель-фантаст не остановился бы на середине дороги и уменьшал бы объект еще и еще, до тех пор, пока…

Собственно, зачем далеко ходить? Есть в фантастике примеры. Рассказ венгерского писателя Р.Нора "Живой свет" (опубликованный, между прочим, еще в 1962 году) — здесь описан биологический компьютер, в котором роль "счетных элементов" поручена органическим молекулам. Если на основании этой идеи изготовить "компьютерный блокнот", он окажется меньше горошины, его можно будет просто вшивать, скажем, под кожу головы и управлять с помощью биотоков мозга. Есть в этой идее что-то сверхфантастическое даже на современном этапе развития кибернетики? Нет, вопрос лишь во времени. Мне лично кажется, что в назначенный экспертами срок — 2020 год — именно такие или подобные "блокноты" будут в голове у каждого. И не нужно будет нажимать на кнопки и смотреть на экраны. Достаточно будет подумать "какая сегодня погода в Якутии?", ив голове будто сам собой возникнет ответ: "Снег, температура минус два градуса".

В фантастике есть и другие идеи и сюжеты на аналогичную тему. И каждый автор, обладающий развитым воображением, описывает куда более впечатляющие достижения кибернетики в 2020 году, чем эксперты-прогнозисты. Фантазия экспертов (а если точнее, то людей, составляющих для экспертов вопросы о будущем) не идет дальше карманного компьютера, компьютерного переводчика, управляемого термоядерного синтеза, гамма-лазера и прочих вещей, которые, конечно, сегодня еще не существуют, но уже давным-давно описаны фантастами. И эксперты постоянно ошибаются в датах, обычно называя для осуществления той или иной идеи более поздние сроки, чем оказывается в реальности.

Кстати, экспертам задали и такой вопрос: "когда произойдет первый контакт с внеземной цивилизацией?" Ответ — примерно в 2030 году. Разброс названных экспертами сроков, впрочем, был так велик, что дата эта, конечно, весьма приблизительна. Но даже она отражает, скорее всего, не будущую нашу реальность, а давно изжитый в фантастике оптимизм по поводу наших контактов с пришельцами. Каждый фантаст знает: внеземной разум, если он существует, окажется, скорее всего, АБСОЛЮТНО не похож на наш с вами. И контакт, если говорить о нем серьезно и с включенным воображением, придется налаживать веками. Если нас вообще поймут. И если мы вообще поймем их. И если мы вообще поймем, что имеем дело с разумом… Эх, если бы современные оракулы-прогнозисты пользовались методами развития творческой фантазии…

Часть 8

И приплыла золотая рыбка…

Среди приемов развития творческой фантазии есть такие, которые больше похожи на игру. Или на сказку. У сказочных героев (точнее говоря, у их создателей) фантазия работала очень даже неплохо, а Иван-дурак или Емеля так и вовсе были знатоками ТРИЗ. Они прекрасно знали, к примеру, что, прежде чем браться за дело, нужно точно сформулировать ИКР — идеальный конечный результат. В изобретательстве ИКР никогда достигнуть не удается — мешают законы природы. Задача изобретателя — приблизиться к ИКР как можно ближе.

К примеру, что такое идеальная машина? Вам нужно добраться из дома на работу, вы садитесь в свой "жигуль" и… Нет, эта ситуация далека от идеальной. По идее, вы должны выйти из дома и сразу же оказаться в своем офисе. Как вас туда доставить без затрат времени и нервов — это уже проблема изобретателей. А в сказке Иван-дурак решает проблему сразу: Захотел — и получил. Сформулировал ИКР — и стало так. Все промежуточные звенья опущены, и это естественно, речь ведь идет о литературе, а не о технике.

Иной вариант сказочного ИКР: приходит старик к синему морю, закидывает невод и ловит золотую рыбку. А она ему говорит… Диалог этот всем известен, для нас важен результат: рыбка выполняет любые желания. Любые. То есть достигает ИКР.

Ну и что? Как золотая рыбка может помочь развитию фантазии?

Видите ли, в любой сказке, как в любой шутке, есть доля правды. В любой ситуации существуют части реальная и фантастическая. "Пришел старик к синему морю, — говорим мы, — и поймал Золотую рыбку". Возможно это? Возможно, никакой фантастики. "Раскрыла рыбка рот и сказала…" В этой ситуации есть и реальный элемент, и фантастический. Может рыбка раскрыть рот? Может — это реальный элемент. Может она говорить? Нет, это элемент фантастический. Для того чтобы сделать изобретение, нужно отбросить фантастику и оставить реальность. Для того чтобы поработать над развитием фантазии, нужно диаметрально противоположное — отбросить реальный элемент и оставить фантастический.

Изобретатель скажет: "Рыбка раскрыла рот, в этом что-то есть, это нужно обдумать".

Фантаст скажет: "Рыбка заговорила, в этом что-то есть, это нужно обдумать". И думают дальше. В новой ситуации ("рыбка заговорила") тоже отделяют реальный элемент от фантастического. В принципе, рыбку можно прооперировать так, чтобы она издавала какие-то звуки. Но чтобы она говорила человеческим голосом…

Так вот и делают это упражнение. Берут некую сказочную или фантастическую (на первый взгляд!) ситуацию и выделяют реалистический элемент. Возникают две новые ситуации. В одной больше реального, в другой — фантастического. Делают еще один шаг — вновь отделяют реальное от сказочного. И так шаг за шагом.

В конце концов, получаются ситуации, АБСОЛЮТНО реальная и АБСОЛЮТНО фантастическая. Задача решена.

И не думайте, что это всего лишь упражнение для любителей порассуждать. Так решают вполне реальные изобретательские задачи. Прием "золотая рыбка" работает в ТРИЗ не хуже, чем популярные приемы уменьшения или "наоборот".

Кстати, если золотая рыбка почему-то не вызывает у вас уважения, можете обратиться к джинну. Ситуация похожая: Аладдин трет волшебную лампу, из которой появляется джинн и… Может Аладдин потереть лампу? Сколько угодно — вполне реалистическая ситуация. Появление джинна из бутылки — фантастика. Но полная ли? Допустим, джинн таки появился. Что он делает? Слушает приказ Аладдина и создает дворец. Может джинн послушать приказ? Почему бы нет? Может ли он создать дворец? Вряд ли — это уже фантастика. Прекрасно: берем фантастическую ситуацию и работаем дальше. Джинн создал дворец и сказал Аладдину…

Впрочем, почему я должен решать задачу за читателя? Попробуйте отделить и в этом случае фантастический элемент от реального, а в новой фантастической ситуации проделать ту же операцию, и так до… Нет, не до бесконечности, конечно. Когда-нибудь придется остановиться: если новая ситуация не будет иметь ни малейшего реалистического элемента. Попробуйте пройти до конца.

ЗАПИСКИ КАПИТАНА ЗВЕЗДОЛЕТА

Сказки, как мы убедились, фантазию, конечно, развивают. И еще фантазию развивают игры — и это известно каждому родителю. А если неизвестно, то прочтите замечательную книжку Джанни Родари "Грамматика фантазии". Об игровой фантазии детей в этой книжке сказано так много и хорошо, что я не буду повторяться. К тому же, и цель у меня иная — развить фантазию не у детей, а у их родителей. Игры взрослых, конечно, не чета детским. Взрослые больше знают. Иногда это плохо, и позднее я расскажу — почему. Иногда это хорошо, и об этом я расскажу сейчас.

Представьте, что ваш сын с товарищем играют в космонавтов. Вряд ли это развлечение пойдет дальше, чем пересказ виденных фильмов с участием известных киногероев. А теперь давайте сыграем мы с вами. Сыграем так, как обычно играют слушатели курсов развития фантазии.

Итак, представьте, что вы — командир звездолета. Ваш корабль оказался на орбите около планеты, полностью покрытой облаками. Сквозь эти облака не проходит никакое излучение — ни вверх, ни вниз. Но зато зонды, запущенные с корабля, проходить могут. Во всяком случае вниз — наверняка.

И еще (таково условие задачи) вам известно, что на планете все физические законы, геология и прочие параметры — такие же, как на Земле. Все — кроме одного.

Полетное задание: используя имеющиеся на звездолете зонды и задавая им определенные программы, нужно с наименьшего числа попыток определить "икс-фактор". Тот единственный параметр, который отличает эту планету от Земли. Поскольку это игра, то должны быть и игроки. Так вот, ведущий (единственный, кто знает "икс-фактор") "играет" за планету. Все остальные — за экипаж звездолета. Чтобы было понятнее, расскажу, как играют обычно на занятиях по РТВ.

— Задаем зонду программу, — говорит "экипаж", — опуститься на поверхность, забрать пробы воздуха, почвы, всего, что можно, и вернуться обратно.

— Зонд не вернулся, — невозмутимо говорит ведущий (вот, кстати, слова, которые он вынужден повторять чаще всего!).

— Почему?..

— Это ваши проблемы. Вы должны узнать — почему. Запускайте зонды с разными программами, спрашивайте, я буду от имени планеты отвечать.

— Хорошо. Запускаем три зонда в трех разных местах.

— Ни один зонд не вернулся.

Вот, кстати, психологическая инерция, предупреждаю будущих игроков заранее! Вместо того, чтобы остановиться и подумать, экипаж запустил аж три зонда с той же программой. Зачем же зря технику гробить, пусть и вымышленную?

— Ставим на зонды автоматику, которая ищет совершенно безопасные места посадки. И запускаем десять зондов.

— Ни один не вернулся, — меланхолически отвечает ведущий.

— Так… Ну хорошо, пусть зонд опускается на сантиметр под облака, делает фотографии и сразу возвращается обратно.

— Зонд вернулся.

— Наконец-то! И что же на снимках?

— Да ничего особенного… Леса, луга, речка течет, все, как на Земле. И воздух такой же. Никакой радиации.

— А почему же станции оттуда не вернулись?

— Так это ваша проблема: узнать — почему.

— Хорошо. Запускаем две станции. Одна остается под облаками, вторая опускается на поверхность и передает оттуда сигналы на первую, а уж та сообщает информацию на корабль. Что передает вторая станция?

— Ничего. Первый зонд вернулся, но никаких сигналов второго зонда не зарегистрировал.

Так вот и играем, пока не выясняется, что на планете, действительно, только один параметр отличается от земного: скорость света под облаками равна… одному сантиметру в секунду. Вот почему зонды молчат: сигнал от них дойдет за год, два….

А теперь попробуйте сами придумать "икс-фактор" и сыграть с друзьями. Вы — планета, они — экипаж. Потом — наоборот.

А СУДЬИ КТО?

Как-то на занятии по развитию фантазии один из учеников (главный инженер какого-то большого завода, между прочим), решив-таки загадку фантастической планеты, уныло спросил преподавателя:

— А как вы вообще можете оценить мою идею? Хорошая или плохая — это ведь не оценки, верно? Сколько вы мне ставите: четыре или пять баллов?

Действительно, как оценить творческое воображение? Как оценить идею фантастического произведения? Мы изучили десятки приемов фантазирования, но кто может оценить это богатство?

В 1986 году писатели-фантасты Г.Альтов и П.Амнуэль придумали все же, как оценивать уровень воображения. Так возникла шкала "Фантазия-2", которой и пользуются с тех пор преподаватели РТВ, оценивая работы учеников (текст статьи Г.Альтова и П.Амнуэля читатели могут найти в нашей рубрике). Правда, предназначалась шкала первоначально для самих фантастов — для оценки идей фантастических произведений. Но… советские фантасты приняли шкалу в штыки. "Все это чепуха! — сказали они. — Оценить фантазию нельзя. Это все равно, что оценить силу духа или красоту музыки". Но ведь и музыку оценивают на конкурсах. И даже танцы фигуристов оценивают в конкретных баллах, и оценки судей часто совпадают друг с другом.

Для того, чтобы оценить фантастическую идею, нужно, конечно, ее сначала сформулировать. Потом — найти прототип. Ведь идея практически никогда не возникает на пустом месте. У каждой идеи есть прототип: любой прием РТВ "работает" с каким-нибудь объектом-прототипом, преобразуя его в объект фантастический.

Итак, вы прочитали фантастический рассказ, сформулировали идею и нашли ее прототип (тут уж требуется определенное знание литературы, но я и раньше говорил — читайте фантастику, она развивает воображение). Теперь будем ставить оценку. Г.Альтов и П.Амнуэль определили пять критериев, с помощью которых, как с помощью хирургических инструментов, можно препарировать фантастическую идею.

Критерий первый — новизна. Согласитесь, для фантастической идеи это очень важный критерий. Если идея, предложенная писателем Икс, ничем не отличается от идеи, которая уже была в произведении писателя Игрек, ставим один балл. Если есть отличие, но оно непринципиально, ставим двойку. Тройку ставим тогда, когда идея существенно отличается от своего прототипа. А если предложена идея, у которой и прототипа нет, такую идею оцениваем в четыре балла.

Чтобы было понятнее, приведу примеры. Многие любят писателя Кира Булычева. У него есть рассказ, который называется "Выбор". Инопланетный корабль терпит катастрофу на Земле, все погибают, кроме младенца, который воспитывается в обычной семье и понятия не имеет, что он — инопланетянин. Идея, вроде бы, неплохая, но вот беда: в точности такая идея была раньше описана американским фантастом К.Невиллом в рассказе "Бетти Энн". Ничего не поделаешь — по новизне Булычев получает один балл (хотя, по словам российского автора, он понятия не имел о существовании рассказа К.Невилла).

А вот идея Машины времени из одноименного романа Г.Уэллса должна быть оценена в четыре балла. У этой идеи прототипов не было, она сама стала прототипом для множества идей о путешествиях по времени. Никто до Уэллса не предполагал даже, что по времени можно путешествовать не мысленно, но с помощью механического устройства, напоминающего кресло стоматолога. Дело, конечно, не в описании машины, но в принципе. Уэллс открыл для фантастики целый мир. Четыре балла — высшая оценка за новизну идеи.

Предлагаю вам оценить на новизну несколько фантастических идей. К примеру, идея рассказа С.Гансовского "Хозяин бухты". Помните, мы уже говорили об этом рассказе, когда шла речь о приеме объединения? Микроорганизмы в минуту опасности объединяются в единое существо — монстра, уничтожающего все живое. Идея интересна, красива, но нова ли?

И еще одну идею оцените на новизну: идею из рассказа Л. Резника "Уличный боец", опубликованного во втором номереизраильского журнала фантастики "Миры". Идея такая: через сколько-то лет Палестина захватила почти всю территорию нынешнего Израиля, а евреи ютятся на небольшом клочке земли — автономии в составе Палестины. Сколько дадите этой идее за новизну? И, кстати, определите прием, с помощью которого идея была получена.

ВЗГЛЯНУТЬ И УБЕДИТЬСЯ

Новизна — не единственное достоинство фантастической идеи. Идея может быть новой и неинтересной. Или новой — и совершенно неубедительной. Поэтому, кроме новизны, шкала "Фантазия-2" предлагает еще четыре критерия оценки.

Второе требование, которому должна удовлетворять хорошая фантазия — это ее убедительность. Допустим, некто проявил фантазию и сказал: "Я видел в своем салоне рыжего черта с рогом быка". Что вы поставите автору за новизну? Чуть больше единицы — все-таки черт "обычно" не бывает рыжим, да и рог, опять же… Но поверите вы рассказчику? Нет, конечно! А вот Ефремому с его фантастической идеей о том, что на стене пещеры могут появиться "фотографии" динозавров (рассказ "Тень минувшего"), вы верите.

Почему? Да очень просто — идея Ефремова обоснована логически, есть у нее и научный фундамент. Она фантастична, но выглядит так, будто вы прочитали о ней на страницах не сборника фантастики, а сегодняшней газеты.

Вот это и есть второй критерий оценки фантастической идеи — степень ее достоверности. Идея должна быть обоснована. Идея "ковра-самолета" в сказках фантастична, но не обоснована, и вы знаете — так быть не может, это сказка. За достоверность и эта идея, и идея рыжего черта получают один балл. Два балла за убедительность можно поставить такой идее, которая обоснована хотя бы на уровне логических умозаключений, пусть даже эти заключения не соответствуют нынешним научным взглядам.

Классический пример — "Машина времени" Г.Уэллса. Наука того времени (да и сейчас тоже!) начисто отвергала возможность путешествовать во времени, но перечитайте роман и скажите: разве вы не верите рассуждениям Путешественника? Они так правдоподобны, что кажется: нужно прямо сейчас и приступать к конструированию Машины! Но это убедительность на уровне слов, рассуждений, убедительность иллюзиониста, показывающего фокус, ловко манипулируя руками…

Оценку "три" за убедительность, согласно шкале "Фантазия-2", получает идея, которая не противоречит данным современной науки, а кроме того, еще и подкреплена каким-нибудь известным, но еще не объясненным наукой фактом. Со временем, кстати, такая идея может перейти в класс 2 — ведь может случиться, что изменятся сами научные представления, бывало ведь и такое!

Пример "тройки" за убедительность — известный рассказ А.П.Казанцева "Взрыв", опубликованный в 194 6 году. Помните, сколько разговоров было в свое время о пресловутом Тунгусском метеорите? О том, что он, возможно, был межпланетным кораблем? Первым идею предложил в фантастическом рассказе А.П.Казанцев. Вполне была убедительная идея. Она не противоречила научным данным (кто ж спорит — в космосе могут быть иные цивилизации!). Она даже объясняла известные факты — например, почему взрыв произошел в воздухе. Рассказ, впрочем, был плохой, но причину этого мы поймем, когда поговорим еще об одном критерии оценки фантастических идей…

"Четверка" за убедительность: это не просто фантастическая идея, это идея научно-прогностическая. Это идея, выдвигающая на основе научных данных какую-то логически выверенную научно-фантастическую концепцию или гипотезу. Хотите пример? Из классики жанра: "20 тысяч лье под водой" Ж.Верна. Идея "Наутилуса", идея освоения дна мирового океана. Это была фантастика, но это была фантастика на уровне полной достоверности. Она не могла не сбыться — и сбылась.

Вот вам задание. Попробуйте оценить достоверность двух идей. Первая: идея повести Гоголя "Нос". Надеюсь, мне не нужно пересказывать содержание? Идея вторая: текст Ветхого завета (Торы) — это запись на бумаге генетического кода человека будущего. Идея из романа П.Амнуэля "Люди Кода".

Насколько эти идеи достоверны, насколько они обоснованы?

ЭТА ФАНТАСТИЧЕСКАЯ ЧЕЛОВЕЧНОСТЬ

Согласитесь, что хорошая фантастическая идея не может обойтись без своего героя. Идея Машины времени великолепна, но разве вы дочитали бы роман даже до середины, если бы в нем не было образа Путешественника во времени? А чего стоит идея "Наутилуса" Ж.Верна без капитана Немо? Или — если говорить о более поздних вещах — разве выжила бы ефремовская идея Великого кольца без героев "Туманности Андромеды": Мвена Маса или Эрга Ноора?

Короче говоря, любая фантазия мертва, если в ней нет места человеку. И потому третий критерий оценки фантастической идеи — это ее, как утверждает шкала "Фантазия-2", человековедческая ценность. Как и в первых двух случаях, оцениваем по четырехбалльной системе.

Балл 1 получает идея, вовсе человековедческой ценностью не обладающая. Бездушная фантастическая идея, ничего нового не сообщающая читателю ни о человеке, ни об обществе. Пример из творчества того же И.Ефремова. Рассказ "Олгой-хорхой" — о том, как на человека напало странное электрическое существо. Ну напало, и напало. Идея, вообще говоря, любопытная и даже новая. Но, прочитав рассказ, вы вряд ли сможете хоть два слова сказать о его героях. Да мало ли в фантастике таких безликих рассказов-идей?

Балл 2 можно поставить такой идее, которая сообщает нам не только нечто фантастическое из области науки, но и нечто о человеке. Хотя бы нечто! Хотя бы небольшое отличие от привычного образа человека. Например, какими могут быть ощущения человека в необычной для него среде. А то ведь авторы часто помещают своих героев в совершенно невероятные ситуации, а поступают персонажи так, будто и не покидали своих квартир. Перечитайте роман Д.Финнея "Меж двух времен" — вы ощутите себя на месте человека, вдруг оказавшегося в XIX веке. Отличия от нашего времени невелики, но ощущаются совершенно ясно и придают роману привлекательность.

Балл 3 получит идея, ставящая человека (или даже целое общество) в необычные обстоятельства. Благодаря этим обстоятельствам (именно благодаря им, а не воле автора!) в человеке раскрывается нечто новое, о чем мы не знали прежде. У Д.Киза есть замечательный рассказ "Цветы для Элджернона". Герой рассказа — идиот.

Классический случай идиотизма, герой в начале рассказа и писать-то толком не умеет в свои почти сорок лет. Но ему впрыскивают некий препарат для усиления мозговой активности, и герой буквально на глазах превращается в гения. Герой меняется: его мысли, чувства, уровень сознания — меняется все, и читатель это видит. К рассказу Д.Киза мы еще вернемся — "Цветы для Элджернона" пример не только хорошей человековедческой идеи.

Балл 4 — идея предлагает новые принципы построения общества. Человековедческая ценность здесь на самом высоком уровне. Балл 4 получат известные утопии.

"Прекрасный новый мир" О.Хаксли — одна из великих утопий XX века — описывает общество, не просто новое, не просто достоверное, но ценное для читателя еще и тем, что обитатели "нового мира" и сами — новые люди.

Кстати, утопичным может быть не только общество. Утопией может быть и один человек. Капитан Немо — пример человека-утопии. Человековедческая ценность этого образа нужно оценить в 4 балла.

Попробуйте перечитать роман Г.Уэллса "Люди как боги" и оценить его человековедческую ценность. И еще. Роман с таким же точно названием написал и советский фантаст С.Снегов. Проделайте-ка с романом С.Снегова такую же процедуру. Надеюсь, разница сразу бросится вам в глаза и отразится на оценке…

МЕЖДУ НЕМЦОВЫМ И ГРИНОМ

Хорошая фантастическая идея должна быть новой, убедительной и, кроме того, рассказывать не только о "хладном мире машин", но и о человеке, который в этом мире живет.

Четвертый критерий оценки, как утверждает шкала "Фантазия-2" — это художественная ценность идеи. Вот, кстати, чем отличается хорошая фантастическая идея от даже выдающегося изобретения. Изобретение нужно точно сформулировать. А фантастическую идею не обязательно формулировать точно. Главное — сформулировать красиво, художественно, убедительно, ярко…

Вот, скажем, очень популярная для фантастики идея — летающий человек. Есть такая идея у А.Беляева (роман "Ариэль") и у А.Грина ("Блистающий мир"). Сколько поставите по новизне? Да по единице каждому — идея-то ведь стара как мир! А за убедительность? То же самое: никак эти идеи не доказываются, одни рассуждения. Но вот по критерию "человековедческая ценность" идеи обоих романов, несомненно, должны получить высокий балл — не ниже тройки. Впрочем, этого мало: прочитайте оба романа, и вы сами увидите, как много осталось за пределами этих трех оценок! Осталась некоторая сухость беляевского языка, легко узнаваемая с первого же предложения. Остался удивительный привкус странной страны Зурбаган — в романе А.Грина. Если не оценить чисто художественные находки авторов, разве сумеем мы верно судить о том, хороши или нехороши идеи "Блистающего мира" и "Ариэля"?

Фантастическое произведение — это литература, и без литературных оценок не обойтись.

Самый низкий балл — единицу — по критерию "художественная ценность" получит идея, воплощение которой вовсе лишено литературных достоинств. Кто сейчас перечитывает популярные когда-то романы В.Немцова? Вроде бы и идеи были новые для своего времени, и очень даже убедительные — вполне на уровне научных знаний, но насколько бездарным было литературное воплощение!

Оценку 2 за художественную ценность поставим идеям произведений, в которых можно увидеть хотя бы одну чисто литературную находку. Может, что-то оригинальное в сюжете. Может, какая-то стилевая авторская особенность. Интересная композиция… Хотя бы что-то!

Вот рассказ Д.Киза "Цветы для Элджернона". Мы уже поставили идее этого рассказа три балла за "человековедческую ценность". А по критерию художественности идея выше, чем на два балла, не тянет. По сути, единственная художественная особенность, найденная автором, — язык. Герой рассказа — сначала идиот, потом гений, потом снова идиот, и это отражается на языке: сначала косном, даже без знаков препинания, потом высоконаучном, а потом опять косном до невозможности… Хорошая авторская находка, но — одна. Два балла.

Три балла можно поставить идее, на воплощении которой лежит явная печать личности автора. Своеобразный язык, оригинальный сюжет, какая-то другая художественная придумка. Не так много в фантастике авторов, которых узнаешь "по походке". В.Шефнер, например. Перечитайте "Запоздалого стрелка" или "Скромного гения". Идеи этих повестей за новизну получат, в лучшем случае, полтора-два балла, да и за убедительность не выше. Но произведения В.Шефнера переиздаются каждый год, и даже на перенасыщенном нынче рынке фантастики пользуются читательской популярностью. Причина простая: это настоящая литература.

А четыре балла? Да сами подумайте — если В.Шефнер это тройка по художественному уровню, то кому можно поставить высший балл: четыре? Пожалуй, только

А.Грину — его "Алым парусам", "Золотой цепи"… А из западных авторов? Может быть, Р.Брэдбери, которого не спутаешь ни с кем, или К.Воннегуту.

Очень немного в фантастике идей, которым за художественность воплощения можно поставить три или четыре балла. Я даже и не буду предлагать для оценки конкретные идеи. Попробуйте сами вспомнить авторов-фантастов, чьи произведения достойны высшей художественной оценки.

ПЯТЬ ПРИНЦИПОВ — ОДИН ОТВЕТ

— Ну не нравится мне "Война миров", — сказал мне один знакомый любитель фантастики. — Я понимаю, что по шкале "Фантазия-2" должен поставить этому роману высокий балл. Идея была новой, верно? И очень даже по тому времени убедительной. И написано хорошо, не спорю. Но… не нравится мне. Я этот роман еле дочитал и перечитывать не собираюсь, не заставляй.

Я и не собирался заставлять. Напротив, я лишь кивнул головой и сказал:

— Шкала "Фантазия-2" твой случай предусматривает. Я ведь говорил о пяти критериях оценки. Первые четыре: новизна, убедительность, человековедческая и художественная ценность. Но разве можно, оценивая литературное произведение, обойтись без субъективного взгляда на вещи? Вроде твоей "Войны миров". Для этого шкала вводит пятый критерий: субъективная оценка. От 1 до 4. Просто так — от души. Новая идея, убедительная, художественная, но… не нравится. Вот и ставь по пятому критерию единицу, отведи душу.

И наоборот. Идея может быть не новой, изложена плохо, но чем-то она взяла, не оторваться. Ставь двойку по своему субъективному критерию. Без объяснений причины.

Правда, чтоб не было полного волюнтаризма, даже при субъективной оценке нужно все же соблюдать кое-какие правила. Если идея не понравилась абсолютно — ставь 1. А четверку — тогда, когда идея произвела не просто большое впечатление, но прямо-таки неизгладимое. Можно даже сказать — жизнь перевернула. В остальных случаях — два или три балла.

Скажу о себе. "Туманность Андромеды" И.Ефремова всегда была у меня на одном из первых мест. Став взрослым, я понимал, что роман написан не ахти как, что люди там ходульны (по человековедению и художественному воплощению — не выше двоечки). Но моя субъективная оценка так и осталась высокой, тут уж ничего не поделаешь и не докажешь…

И это справедливо — при любых оценках должна существовать некая отдушина…

А теперь давайте сведем все пять критериев воедино. Ведь идею нужно оценить каким-то одним баллом, а не пятью разными. Шкала "Фантазия-2" требует: перемножьте все пять оценок и получите число, которое и позволит отнести фантастическую идею к тому или иному классу.

Самый низкий класс — естественно, первый: по всем пяти критериям идея получает единицы. Произведение пяти единиц — единица, и не более того. Вы думаете, таких идей мало в фантастике? Да сколько угодно. К сожалению.

А самый высокий класс — когда по всем пяти критериям идея получит по 4 балла.

Перемножьте, и получите 1024. Если идей класса 1 в фантастике, к сожалению, слишком много, то идей, оцениваемых баллом выше 1000, к сожалению, слишком мало. Собственно, на мой взгляд, их нет вовсе. Нет, по-моему, пока в фантастике идеи или произведения, которому по всем критериям можно было бы поставить балл 4.

Может быть, читатель вспомнит что-то такое, эпохальное?..

Вся фантастика, весь арсенал ее идей сосредоточены между этими двумя классами — высшим и низшим. В шкале "Фантазия-2" идеи разделены на 20 классов. Идея высшего, 20-го класса — это выше 1000 баллов. Так вот, по моим впечатлениям, нет пока в фантастике идей выше 17-го класса. По таблице, которую приводят Альтов и Амнуэль (см. текст их работы), 17-й класс — это когда, пере множив баллы, найденные по пяти критериям, вы получите число между 280 и 400. Даже явно отмеченная печатью гениальности "Машина времени" Г.Уэллса — это произведение 16-го класса, не выше. Самые лучшие вещи всеми любимых братьев Стругацких "не тянут" выше 15-го класса. Возьмите лучший их роман, перемножьте оценки, и вы получите число не большее, чем примерно 180–200. Это и есть 15-й класс…

Теперь вы знаете, как оценивать фантастическую идею и ее воплощение в фантастическом произведении. И в дальнейшем, когда мы будем говорить о новых способах фантазирования, о том, хорошо или нет работает наше с вами воображение, не забывайте оценивать его так, как рекомендует шкала "Фантазия-2".

КОЗНИ ХРОНОКЛАЗМА

Надеюсь, что теперь, прочитав очередной НФ роман, вы станете оценивать его идеи по шкале "Фантазия-2" — относительно объективно и беспристрастно.

Впрочем, если вы считаете, что шкала эта придумана была только для таких утилитарных целей, ты вы ошибаетесь. Настоящая цель куда интереснее. Давайте обсудим пример. Вот замечательный роман Уэллса "Машина времени". Идея Машины в свое время должна была быть оценена по новизне высшим баллом. А вот убедительность этой идеи и тогда была под сомнением, а в наши дни — подавно. Кого из читателей нынче убедят все эти деревянные ручки и металлические рычажки, торчащие из подлокотников обычного кресла? И еще: в 1896 году идея Машины времени могла получить за новизну высший балл, но уже десять лет спустя этот роман пришлось бы оценивать иначе — ведь появилась частная теория относительности.

Короче говоря, все течет, все изменяется, и уже в первой половине нашего века писателям-фантастам стало ясно, что идею Машины времени можно улучшить. Замечательная фантазия была у Герберта Уэллса, но… можно придумать лучше! Вот это — можно придумать лучше! — и есть настоящая цель шкалы "Фантазия-2". Если вы поставили идее какого-то рассказа единичку за убедительность, что из этого следует? Во-первых, то, что автор оказался не на высоте. Но во-вторых, теперь вы, зная шкалу и зная приемы фантазирования, можете "взять власть в свои руки" и улучшить идею, довести ее до той кондиции, когда, оценивая собственное творчество по той же шкале "Фантазия-2", вы смогли бы сказать что-то вроде "ай да Пушкин, ай да…"

Вернемся к Машине времени. Можно ли улучшить эту идею? Придумать нечто более новое? И более убедительное? Безусловно. В пятидесятых годах это сделал соотечественник Уэллса Джон Уиндэм. Он написал небольшой рассказ "Хроноклазм". Что выглядит не очень убедительным в "Машине времени"? Да вот хотя бы

— Путешественник рассказал своим приятелям о будущем Земли, о морлоках и элоях, и что же? Да ничего. Никто из них даже не подумал о том, что эти новые знания можно как-то использовать практически. А потом сам Путешественник "дал маху": отправился в прошлое, не подумав о том, что может там, к примеру, нечаянно убить собственную бабушку и… что тогда?

Герои Уиндэма этих вопросов тоже не задают. Вопросы задает автор и сам же на них отвечает — своим рассказом. Героиня отправляется в прошлое, совершает некое действие, которое влияет на будущее, в результате чего она не может отправиться в прошлое, но… но ведь она в прошлое отправилась! Или нет? Герой рассказа уверен, что да. А на самом деле?

Уиндэм придумал термин "хроноклазм" для парадоксов, которые могут возникнуть при путешествиях во времени. По новизне идея этого рассказа, безусловно, заслуживала четверки — высшего балла. Да и по убедительности Уиндэм опередил "Машину времени". Разрешения парадокса времени — хроноклазма — никто не придумал до сих пор! Высший балл. Более того, из фантастики обсуждение "парадокса бабушки" перекочевало в научную литературу. Сейчас именно невозможность разрешить простым логическим путем этот парадокс и служит основным аргументом ученых, когда они говорят, что передвигаться по времени невозможно в принципе. Действительно, если бы путешествия во времени возможны, то в будущем кто-нибудь построит машину времени, отправится в прошлое — к нам, например, и…

Кто-нибудь из вас встречал путешественников из будущего? В здравом уме и твердой памяти — вряд ли. Значит…

А значит это всего лишь, что идея хроноклазма настолько убедительна, что улучшать ее по этому критерию сейчас невозможно.

А как с человековедческой и художественной ценностью? Рассказ интересен, но согласитесь — это не литературный шедевр. Два, максимум два с половиной балла. Можно было написать и лучше. Чтобы заработать четверку.

Вы наверняка читали немало фантастических произведений на тему путешествий во времени. По сути, каждое из них (если не говорить об очевидной халтуре) и писалось для того, чтобы улучшить "Машину времени" и "Хроноклазм" по тому или иному показателю. Попробуйте вспомнить эти произведения и заложенные в них идеи. И оцените, как именно и с помощью какого приема тот или иной автор пытался улучшить идею своего предшественника.

ВСЕ ЛУЧШЕ И ЛУЧШЕ

Чтобы фантазировать, нужно иметь некую исходную идею. Обычно, описывая приемы развития воображения, мы брали в качестве исходного какой-нибудь факт или явление из реальной жизни и изменяли его. Из реального факта получали фантастический. И чем глубже была разница, тем лучше представлялась нам работа нашего воображения.

Шкала "Фантазия-2" позволяет избрать более высокую "стартовую площадку". Согласитесь, что для того, чтобы придумать нечто, более фантастическое, чем идея "Машины времени", нужно обладать большим воображением, чем для того, чтобы придумать, скажем, фантастический стул. Замечательным развитием уэллсовского романа был рассказ Уиндэма "Хроноклазм". А появилось ли что-то еще более фантастичное?

Конечно! Давайте в качестве исходной возьмем идею "Хроноклазма" и попробуем улучшить ее, пользуясь известными нам приемами.

Итак, девушка отправляется в прошлое и встречает молодого человека, который влюбляется в нее. Воспользуемся четырехэтажной схемой. Этаж второй — много объектов. Иными словами, если Уиндэм описал один-единственный случай хроноклазма, то нужно придумать ситуацию, когда путешествия в прошлое, контакты с людьми прошлого становятся обыденностью, и каждый, кому не лень, может отправиться на сто или больше лет назад и вляпаться там в такой хроноклазм, от которого вся будущая цивилизация окажется под угрозой.

Разумеется, фантасты подумали об этом прежде нас с вами. Вспомните известный рассказ Пола Андерсона "Я пришел слишком поздно" или его же цикл повестей "Патруль времени". Вспомните известный роман А.Азимова "Конец вечности". Это — логическое усовершенствование идеи хроноклазма. Парадокс времени в рассказе Уиндэма возникает случайно, герои ведь вовсе и не собирались устраивать какие-то козни. Но то, что может произойти случайно, можно сделать и умышленно. Можно умышленно отправиться в прошлое и… убить вавилонского царя. Или помешать победе римлян. Или не допустить зарождения христианства. Значит — это уже следующий шаг, — нужна какая-то организация, которая будет следить за путешественниками по времени и не дозволять им произвольно вмешиваться в историю. Так вот и возникает Патруль времени у Андерсона.

Но все, как известно, можно использовать во благо и во зло. Патруль времени действует во благо человечества. А Вечные в романе Азимова меняют историю как хотят и как считают нужным.

Сравните теперь новизну и убедительность идей "Машины времени" и "Хроноклазма" с новизной и убедительностью идей "Патруля времени" и "Конца Вечности". Насколько более фантастичны идеи Андерсона и Азимова! И насколько, кстати, более интересны именно как произведения художественной литературы. Развитие идей — это, кстати, один из законов фантазирования — приводит к развитию художественной формы их выражения.

Вы можете сказать: для того, чтобы улучшать идеи Уэллса, нужно иметь фантазию Азимова. А мы-то, простые смертные… Нет, господа, вы уже не "простые смертные". Если вы научились пользоваться приемами фантазирования, то можете придумывать фантастические идеи не хуже азимовских. Впрочем, во всем, конечно, нужна тренировка. Давайте для тренировки возьмем идеи менее "качественные" и попробуем довести их до кондиции. Вот для начала рассказ Кира Булычева "Выбор". Рассказы Булычева, кстати, хороши для развития фантазии именно потому, что почти всегда по критерию новизны, убедительности и человековедческой ценности их баллы близки к минимальным — есть, что улучшать. А мы уж знаем — как!

Идея рассказа "Выбор": когда-то при посадке на Землю потерпел катастрофу корабль инопланетян. Погибли все, кроме одного младенца. Младенца этого нашли некие земляне и вырастили его, понятия не имея, что ребенок — инопланетного происхождения. Он, бедняга, и сам этого не знал, пока не прилетели за ним его инопланетные родственники.

По новизне — единица, точно такая же идея содержалась в рассказе "Бетти Энн" К.Невилла. А теперь задание: попробуйте улучшить эту идею, используя любой из приемов воображения.

ИНОПЛАНЕТЯНЕ СРЕДИ НАС

Начнем с новизны. Это проще всего, кстати, для этого нужно всего лишь вспомнить приемы развития фантазии. Скажем, "этажную схему". Скажите, почему все авторы, которые идею бедного инопланетянина обыгрывали, говорили об одном герое, а не о десятке? Поднимемся на второй этаж схемы — пусть у нас будет не один герой, а пять.

Итак, пятеро братьев-инопланетян (может, даже близнецов!) оказались в младенческом возрасте на Земле. Каждый был воспитан в семье землян. И каждому в один прекрасный день (допустим, в день совершеннолетия) является таинственный некто и напоминает о его инопланетном происхождении. Тогда наш герой вспоминает, что у него есть "единокровные братья". И отправляется искать своих ближайших родственников, чтобы, собравшись вместе, решить — возвращаться ли на свою родную планету или остаться на Земле.

Герои мечутся по планете, ищут друг друга, они, возможно, даже телепаты, у них, может быть, открываются и иные "инопланетные" качества, каких нет у людей. Но бедняги заняты одним — поиском братьев…

Такой идеи в фантастике еще не было, и, следовательно, по новизне она получает балл не ниже 2 — в отличие от упоминавшегося рассказа Булычева. А мы ведь не использовали пока все возможности даже второго этажа. Почему, к примеру, мы ограничились пятью инопланетянами? Почему не миллионом? Второй этаж требует — используйте много объектов. Сколько это — много? Пусть будет миллион.

Представляете? В один прекрасный день миллиону человек в возрасте, скажем, восемнадцати лет на разных континентах являются их инопланетные родственники и рассказывают, что на самом деле они лишь воспитаны были на Земле, а истинные их родители где-то там, за орбитой Плутона. Миллион человек, юношей и девушек разных наций и рас, ощущают себя единой семьей и бросаются искать друг друга. И что произойдет, когда найдут? Разве это не тема уже не для рассказа даже, а повести, романа? Причем с приключениями и погонями.

Роман такой тоже еще не написан, а по новизне эта идея тянет, пожалуй, уже на 2,5 балла. Впрочем, ее можно вытянуть даже на целых 3 балла, если предположить, что в один прекрасный день все жители Земли понимают, что некогда их предки были младенцами забыты на этой планете. И что пора, братцы, пора возвращаться на родину. И тайная мечта человечества о полетах в космос — вовсе не от любознательности, как говорят ученые. Нет, это самая настоящая ностальгия. Болезнь, от которой нет лекарства…

Как видите, с помощью только одного приема мы уже улучшили идею простенького рассказа настолько, что иной автор сумел бы построить на этой идее роман. А если использовать еще несколько приемов? Скажем, прием динамизации. Является сегодня к герою инопланетянин, как в рассказе Булычева, и говорит: "Парень, ты ведь на самом деле родился не на Земле, а на второй планете Беты Козерога", и похож ты на самом деле не на человека, а на… э-э… лягушку". И герой чувствует: так оно и есть.

А назавтра является к нему другой инопланетянин и говорит: "Парень, ты на самом деле родился на третьей планете системы Омикрон Дракона, и похож ты на тупорылую обезьяну". И герой опять чувствует: да, это так… А на третий день.

Через неделю герой садится на землю в позе лотоса и вопрошает небеса: так кто же я на самом-то деле? И что же такое вообще — суть человеческая?

Эта идея по новизне сразу тянет на 3 балла, а ведь мы еще не оценили ситуацию по ее убедительности. Попробуйте сделать это сами.

КАК УБЕДИТЬ СКЕПТИКА

Фантастический рассказ Булычева "Выбор" был не очень-то новым по идее, и, возможно, поэтому нам удалось довольно легко придумать несколько идей, куда более новых. Так и хочется сказать: эх, будь мы на месте Булычева…

Не нужно увлекаться. Пока мы улучшили рассказ лишь по одному критерию — новизне идеи. Между тем, идея может быть очень даже новой, но совершенно неубедительной, и в целом рассказ наш окажется слабым и неинтересным. Давайте сначала разберемся, насколько убедительной была идея в рассказе "Выбор". Жил себе герой, прожил больше двадцати лет, влюбился в девушку, мистикой не баловался. И вдруг приходит некто и говорит: знаешь, ты на самом деле инопланетянин. Герой, естественно, не верит (ведь не только героя, но и читателя нужно еще убедить!) и требует: а ты докажи. И пришелец доказывает, представ на миг в своем истинном обличьи. Герою не остается ничего иного, как поверить. А читателю?

Представьте: является к вам гость и, глядя вам в глаза, начинает утверждать, что вы родились не на Земле, а на седьмой планете Сигмы Волопаса. В доказательство он на миг предстает вам в облике этакой каракатицы с усами.

Убедит вас это — не как читателя, но как кандидата в инопланетяне? Не думаю. Первой мыслью наверняка будет: гипнотизер. Даже Иисусу, если вы помните, понадобилось все же показать некоторое количество чудес, чтобы люди поверили в его божественное происхождение.

Идее рассказа "Выбор" за убедительность можно дать полтора балла. Есть, как говорится, что улучшать. Давайте попробуем. Но улучшать будем, естественно, не исходную идею Булычева, а одну из тех, более новых, идей, что мы уже придумали. Итак, миллиону землян являются пришельцы и говорят: ребята, вы "оттуда". Для каждого из наших героев ситуация пока не отличается от булычевской — он-то не знает о существовании остальных. Значит, сначала нужно исправить именно этот момент.

Воспользуемся приемом "наоборот". Пусть эти люди с самого раннего детства ощущают некую связь друг с другом, знают друг о друге. Могут даже как-то понимать мысли и настроения друг друга, но до появления "гостя" не подозревают, что означает эта способность. Убедительно? Пока, согласитесь, не очень. Полтора балла, как у Булычева.

Используем прием квантования. Пусть эти люди ощущают общность друг с другом не постоянно, а временами. Вдруг "накатывает" что-то, и каждый из них ощущает присутствие "братьев", может говорить с ними, но продолжается это минуту-другую и проходит. А следующий "сеанс" через год или больше.

Кстати, один совет. Для того, чтобы любую фантастическую ситуацию сделать более убедительной, попробуйте сопоставить фантастическую ситуацию с реальной. Ну, например, никого не нужно убеждать, что, приняв наркотик, человек как бы теряет себя и начинает видеть то, чего нет на самом деле. Приложим ситуацию к нашим гипотетическим "инопланетянам". Каждый из них, достигнув определенного возраста, может пристраститься к наркотикам и в состоянии транса вступать в связь с себе подобными, живущими в других странах и на других континентах.

Убедительность этой идеи тоже невысока — ведь нужно, чтобы все наши герои стали наркоманами. Но все же это шаг вперед в нужном направлении. Воспользуемся теперь приемом уменьшения — пусть для того, чтобы ощутить "плечо брата", каждому нашему герою достаточно выкурить сигарету или выпить стакан вина. Не каждый, к счастью, пробует гашиш или опий, но, согласитесь, каждый рано или поздно хотя бы на пробу начинает курить. И, думаю, нет среди нас никого, кто никогда не пробовал вина. Для любого человека это всего лишь допинг, а для наших героев-"инопланетян" это средство, включающее в организме механизмы связи друг с другом.

Вот и получается, что рано или поздно, но обычно в возрасте 15–18 лет, каждый из миллиона героев нашего, еще не написанного, романа ощущает общность с себе подобными. И каждая выкуренная сигарета дает ему на время возможность общения с "братьями".

И убедительной будет, конечно, ситуация, когда, получив такую возможность, никто из наших героев попросту не поверит в ее реальность. Каждый будет думать: эх, слабак я, от одной сигареты мерещится всякое…

Как видите, попытки сделать идею убедительнее, уже привели к "раскрутке" сюжета. Возрастает убедительность, и вместе с ней возникают сюжетные линии. Параллельно убедительности увеличивается и человековедческая ценность идеи — ведь мы награждаем героя новыми свойствами, новыми качествами.

Впрочем, это уже другой разговор.

АТОМЫ КАК КОЛЕСА

Шкала "Фантазия-2" позволяет улучшать фантастические идеи — плохие идеи превращать в хорошие, а хорошие — в отличные. Но резонно спросить: а что, обычные, нефантастические идеи эта шкала улучшить не в состоянии? Действительно, почему нет? Мы владеем приемами превращения обычных фактов в фантастические. И мы теперь знаем способ, как "тривиальный" факт фантастики превратить буквально в "золотую жилу".

Так, кстати, поступают часто писатели-фантасты, даже те, кто не имеет ни малейшего представления о существовании шкалы "Фантазия-2" или решительно с ней не согласны. Они берут "тривиальный" научный факт и…

И получается, например, рассказ Валентины Журавлевой "Мы пойдем мимо и дальше". Скажите, насколько новой в середине шестидесятых годов была идея о том, что все атомы состоят из ядер и электронов, и что электроны крутятся вокруг ядер, создавая электронную оболочку? Сколько бы вы поставили такой "фантастической" идее за новизну, если бы встретили ее на страницах рассказа? Естественно — единицу, поскольку идея была предложена еще Резерфордом в давно минувшем 1912 году! А сколько поставили бы за убедительность? Конечно, высший балл — ведь за полвека планетарная модель атома была надежно доказана, свидетели Хиросимской трагедии не дадут соврать.

Что нужно было сделать с этой идеей в шестидесятых годах, чтобы усилить новизну, не потеряв при этом убедительности, а к этому добавить еще неплохой балл по человековедению и художественному мастерству? Перечитайте рассказ Журавлевой, и вы увидите.

Героиня рассказа поставила перед собой задачу — придумать идеальный транспорт будущего. Чтобы ездил сам по себе. Колеса должны крутиться без приложения энергии. Что есть в природе такого, что крутится само по себе и не останавливается?

Планеты, например, крутятся вокруг Солнца. Но попробуйте построить машину, которая приводится в движение самим Юпитером!

Нет ли чего поближе и помельче? Есть — очень близко и очень мелко: те самые электроны, которые без остановки крутятся вокруг ядра атома. Наверняка читатель, как в свое время героиня рассказа В.Журавлевой, воскликнет: да как это используешь, ведь электроны крутятся в разные стороны!

В разные — верно. Значит, нужно упорядочить движение электронов в атоме, сделать так, чтобы все они крутились вокруг ядра в одну и ту же сторону, как ободы множества колес, насаженных на одну ось. Сотни миллионов маленьких колесиков вполне могли бы заменить одно большое.

И не нужно говорить, что так не бывает, что это фантастика… Разумеется, фантастика, а чем же мы занимаемся? Совершенно фантастическая идея — электронные колеса, на которых движется по рельсам огромный локомотив. Четверка за новизну — и не меньше! Правда, придумав такую идею, В.Журавлева потеряла в убедительности. Электроны, вращающиеся по команде? Ну-ну…

В шестидесятые годы шкала "Фантазия-2" еще не была придумана, но В.Журавлева прекрасно понимала, что читателя нужно не только поразить, но еще убедить. Она и убедила, "доказав", что электроны можно развернуть, как солдат на плацу, с помощью упорядоченного магнитного поля. Убедила, конечно, не с помощью формул (литература все-таки!), но логически. И хотя я, как и другие читатели, понимал, что "доказательство" это находится на уровне логической игры, все же три балла за убедительность идея рассказа В.Журавлевой заслужила по праву. Кстати, и как литературное произведение рассказ получился неплохим. Если вы его читали, то согласитесь: "усовершенствование" тривиальной научной идеи удалось на славу. Еще одна научная идея, ставшая сейчас тривиальной, — лазер. Сколько можно поставить за новизну фантастической идее "Звездных войн" об использовании лазеров в межзвездных сражениях? Максимум полтора балла, учитывая скорее не новизну идеи, но ее масштабность. Все же лазер на звездолете — не то же самое, что лазер на лабораторном столе. Убедительность? Высокая, как всегда, если без изменений используется известная научная идея.

Что нужно сделать, чтобы из научной идеи лазера получить действительно фантастическую идею — новую, красивую и убедительную?

ЛУЧ ДО КРАЯ ГАЛАКТИКИ

Итак, попробуем "усовершенствовать" научную идею лазера, создав ее фантастический аналог. Большой лазер — лазерная пушка? Было. Полтора балла по новизне, не больше. Лазер на орбите, лазер на звездолете, лазерные мечи — все было, было, и в литературе, и даже в кино.

Кстати, вот любопытный факт из мира фантастики. Все перечисленные идеи — орбитальный лазер, мечи и прочее — появились в арсенале фантастической литературы не так уж давно, активизированные Лукасовскими "Звездными войнами". Популярными стали идеи, совсем не новые и не очень даже эффектные. Между тем еще в шестидесятых годах фантасты предложили идеи лазеров, до сих пор оставшиеся "штучным товаром". Массового производства пока нет — не только в реальном мире, но даже на страницах фантастических произведений.

Одна такая идея — использование лазера в качестве двигателя для звездолетов. Это — рассказ Г.Альтова "Ослик и аксиома", 1966 год. Чем отличается лазерный луч от обычного светового? Огромной мощностью, собранной в узком, как спица, пучке света. Лазером можно прожечь дыру в броне или продырявить насквозь противника — этим и занимались фантасты с легкой руки режиссера Лукаса.

Между тем ученые давно предложили и давно отвергли идею так называемого фотонного звездолета. Помните знаменитый "Хиус" в повести Стругацких "Страна багровых туч"? Колоссальных размеров зеркало, отражающее пламя атомного реактора, и движущее планетолет вперед силой отдачи света от поверхности зеркала. Идея сугубо научная (единица Стругацким за новизну), но уже в те годы наукой отвергнутая — слишком маломощный источник, слишком долго нужно разгонять корабль, овчинка не стоит выделки…

И в это время Г.Альтов предлагает использовать вместо обычного зеркала лазер. За новизну идеи — четверка, ничего подобного не было не только в фантастике, но и в науке (кстати нужно сказать, что прошло всего два года, и идею запуска спутников с помощью лазера предложил академик Канторович). За убедительность тоже нужно ставить высокий балл — разве Г.Альтов предложил нечто крамольное, вроде "электронных колес"?

Но автор рассказа "Ослик и аксиома" сделал еще один шаг, подняв новизну еще выше. Не только придумал идею, но сам и улучшил ее, пользуясь приемами развития фантазии. Прием простой — объединение свойств. Что нужно звездолетчикам в дороге? Первое: мощный двигатель. Второе: связь с родиной. В качестве двигателя Г.Альтов предложил использовать лазер. А для связи с родиной он предложил использовать… двигатель. То есть, тот же самый лазер, который ускоряет звездолет.

А почему бы и нет? Лазерный луч — это поток света. Всего лишь непрерывный поток, ничем не модулированный. Почему бы не заставить свет еще и переносить информацию, модулируя поток по частоте? Объединение двигателя с передатчиком информации дало замечательный эффект — идею, заслужившую за новизну и убедительность самые высокие оценки.

И еще одна фантастическая идея, полученная "усовершенствованием" научной идеи лазера. Это планета-лазер из рассказа П.Амнуэля "Летящий Орел" (1969 год), который можно прочитать в нашей рубрике. Обычный прием увеличения. Просто автор не ограничил свою фантазию лазером размером с Эмпайр Стейт Билдинг, но продолжал увеличение, пока не "открыл" планету, которая сама была естественным лазером. За новизну — не меньше тройки, это была первая идея такого рода в фантастике. За убедительность — тоже не меньше тройки по той простой причине, что автор ни в чем не поступился научными принципами.

Собственно говоря, идея оказалась настолько точной, что десять лет спустя излучение, о котором шла речь в рассказе "Летящий Орел", было на самом деле обнаружено астрономами в атмосфере планеты Марс. Правда, в масштабах, куда меньших, чем в рассказе. Так на то и фантастика. Герой "Летящего Орла", "включив" целую планету, послал сигнал такой мощности, что его увидели на противоположном конце Галактики…

А теперь — задание. Лазер — двигатель звездолета. Лазер-планета. Лазер-космическая пушка. Лазер-меч. Эти идеи были новыми в свое время, но не сейчас. Попробуйте модифицировать их — все или поодиночке — так, чтобы возникла совершенно новая фантастическая идея использования лазера.

И чтобы идея ваша получилась не только новой, но еще и убедительной.

Часть 9

Сегодня да, а завтра нет

В демократических странах регулярно происходят выборы в парламент. В России — в Думу, в Израиле — в Кнессет. Тот, кто знает, за кого будет голосовать, спокойно рассматривает предвыборные лозунги, веря только воззваниям "своей" партии. Тот, кто еще не решил, читает все подряд и пытается разобраться в программах, речах, планах и посулах. Сам-то я обычно наглядную агитацию воспринимаю как своеобразную иллюстрацию к пособию по развитию фантазии. Попробуйте и вы подойти к политике с точки зрения РТВ.

Здесь есть идеи, есть приемы — те самые, что мы уже изучали, и есть интересный нюанс, о котором в рамках курса развития воображения мы еще не говорили. Поговорим на примере израильских партий, но сказанное верно и для любых других. Обе большие партии стараются нынчепривлечь побольше избирателей — из тех, кто еще не определился. У каждой партии есть свой ИКР: предполагаемый идеальный конечный результат. Ясно какой: в идеальном случае за данную партию должны проголосовать все избиратели.

Но ведь это невозможно! Конечно, невозможно, как невозможно и достижение ИКР в технике. Однако техническую задачу изобретатель с помощью ТРИЗ все-таки решает, пользуясь вполне определенным алгоритмом, составленным Г.С.Альтшуллером. Первый шаг алгоритма — определение ИКР. Мы его определили. Шаг второй: определите, что мешает достижению ИКР. Как что? Естественно, противоречивость требований. Если мы хотим, чтобы за нас проголосовали все избиратели — от самых правых до крайне левых, в своей программе мы должны учесть пожелания всех. Для Израиля это — от "не отдадим от Голан ни сантиметра" до "да пусть Сирия берет все, и идет с миром".

Невозможно? Противоречие? Совершенно верно — классическое противоречие, с которым сталкивается изобретатель, решая техническую задачу. Помните формулировку: объект должен ОДНОВРЕМЕННО обладать свойством и антисвойством. Помните, как такие противоречия разрешаются? Я имею в виду — в технике, до политики мы еще доберемся.

Способ первый: разнести противоречивые свойства объекта в пространстве.

Способ второй: разнести эти свойства во времени. Так разрешают изобретатели, знающие ТРИЗ, технические противоречия. Так же, кстати, поступают и политики, которые ТРИЗ не знают, но находят решение "методом тыка" или с помощью интуиции. Эх, знали бы политики ТРИЗ, скольких споров удалось бы им избежать, и сколько потенциальных перебежчиков успокоили бы свои расшатанные нервы!

Чтобы было ясно, как действуют способы разрешения противоречий, приведу пример. Известный трагик Сальвини, неподражаемый исполнитель роли Отелло, был просто неистов на сцене. Когда он душил Дездемону, пугались не только зрители, но даже актеры, стоявшие в кулисах. Они боялись, что Сальвини, войдя в роль, действительно задушит актрису! Вот классическое противоречие: актер должен душить актрису спокойно (чтобы не нервировать публику) и яростно (чтобы игре поверили).

Классическое противоречие вызвало к жизни и классическое решение. Сальвини-Отелло начинал неистово душить Дездемону, но вдруг на малую долю секунды отрывался от этого занятия и подмигивал потрясенным актерам, смотревшим из-за кулис. Прием: разнесение во времени.

Разве не так же действуют и опытные политики? Нужно ублажить свой электорат и, по возможности, привлечь на свою сторону колеблющихся и даже бывших противников. Для этого нужны противоположные по смыслу политические лозунги. Противоречие?

Разумеется. Вот и решим его разнесением во времени. Сегодня будем говорить одно, а через год-два — другое. "Чужой" электорат купится на сегодняшние посулы, а "свой" знает, что скоро посулы изменятся, и все вернется на круги своя. После выборов 1996 года (и в не меньше степени — после выборов года 1999) израильские комментаторы были удивлены: партия "Авода" сдвинулась вправо, а "Ликуд" — влево. Не нужно удивляться, господа, все нормально: это следствие действия тризовского приема разделения противоречия во времени. Политики ТРИЗ не изучали, но есть ведь и другой учитель — опыт.

Для желающих — упражнение: проанализируйте ситуацию прошлых выборов в России и определите противоречия, которые в 1996 году были разрешены таким же классическим образом.

Сегодня, кстати, израильтяне на обе крупные партии обижаются и говорят, что никто из них не выполнил предвыборных обещаний. К чему обиды? Вы же не обижаетесь на законы развития технических систем…

ЗАГАДКА СФИНКСА

Итак, лидеры больших политических партий пользуются стандартными тризовскими приемами разрешения противоречий. Что до малых партий, то они потому и малые, что ТРИЗом не пользуются, разрешить противоречие типа "и вашим, и нашим" даже не пытаются, а потому и имеют свой постоянный небольшой электорат. Кстати, именно это обстоятельство (отсутствие противоречий, которые нужно решать!) лишает малые партии возможности развития — какое же развитие без противоречий?

И еще одно замечание. Возможно, кому-то оно придется по душе, кому-то нет. Дело в том, что классические технические противоречия, вообще говоря, не разрешаются с помощью компромисса. Наоборот, теория утверждает, что противоречивые свойства объекта нужно усилить. Пусть существуют. Но — или в разное время (разнесение во времени), или в разных местах (разнесение в пространстве). Пытаясь добиться компромисса, мы не разрешаем противоречие, а загоняем его внутрь. Создаем видимость решения.

Это знают специалисты по ТРИЗ. Это должно быть известно также и историкам, и актерам (вспомним Сальвини), и вообще — любому творческому человеку. Способы разрешения противоречий — вовсе не выдумка XX века. Они, как и законы природы, существовали всегда.

Вспомните историю создания Александрийского маяка — одного из чудес света. Огромное сооружение, памятник гению… кого? Зодчего или императора? Начальника или исполнителя? Противоречие: каждый хотел увековечить себя! И оба не желали пойти на компромисс: увековечить имена обоих.

Как поступил зодчий, который не мог ослушаться императора? Он честно исполнил приказ, на основании маяка было начертано имя властителя. Но прошли годы, известняк осыпался вместе с надписью, и открылось каменное основание, на котором было выбито на века: "Для богов и во имя спасения моряков построил Состратос из Книда, сын Дексифона".

Противоречие разделено во времени, задача решена. Компромисс? Никакого компромисса.

Аналогичный пример — из литературы. В исторической повести П.Амнуэля и Р.Леонидова "Суд" (ее можно прочитать на нашем сайте) описано создание знаменитого Сфинкса в Городе фараонов — Гизэ. Каждый видел: у Сфинкса странные негроидные черты лица, совершенно не похожие на черты лица египтян. Почему? По мысли авторов Сфинкс изображал фараона Хафру. И фараон был… эфиопом. Но разве такое возможно? Ведь никакие иные исторические источники не подтверждают этой идеи. Конечно, не подтверждают, мы-то знаем, как пишутся исторические хроники. Если когда-то действительно эфиопу довелось взойти на египетский престол, разве он не стал бы тщательно скрывать свое происхождение, приказывая создавать историю такой, какой ему хотелось?

Как же сохранить для потомков истину? Придворный скульптор Минхотеп решает эту задачу классическим способом. Итак, противоречие: Сфинкс должен изобра жать Хафру таким, каков он на самом деле, и Сфинкс должен изображать Хафру таким, каким фараон желал видеть себя сам — то есть египтянином, а не эфиопом.

Скульптор вырубает в скале истинный облик владыки-эфиопа, а поверх кладет алебастровую "маску" с каноническим изображением, таким, как, например, изображение того же Хафры на статуе, выставленной в Музее изобразительных искусств имени Пушкина в Москве — типичный египтянин, ничего "эфиопского". Хафра-эфиоп наверняка был доволен произведением Минхотепа, возможно, даже щедро одарил создателя Сфинкса. Но… алебастр со временем осыпался, и десятки лет спустя проявился истинный лик фараона. Таким он и остался в веках.

Впрочем, что мы все об искусстве и политике? Давайте вернемся к технике и проверим свою способность устранять противоречия, решив простую задачу. Задача, кстати, совершенно реальна. Вот отрывок из книги по истории авиации:

"В 1915 г. в руки немцев попал французский самолет-истребитель. Пулемет у французов стрелял через собственный винт, а на лопастях винта были приклеены стальные пластинки, они отражали пули, если те попадали в лопасти. Немцы скопировали новинку, но в отличие от мягких французских пуль немецкие пули разносили собственные же винты в щепки".

Классическое противоречие: пулемет должен стрелять сквозь винт, но… не должен этого делать.

Как быть?

ЕСЛИ НЕТ СОГЛАСИЯ

Техническую фантазию невозможно развивать, если не пользоваться очень мощным приемом согласования и рассогласования в работе технических систем. Помните И.А.Крылова: "Когда в товарищах согласья нет, на лад их дело не пой дет…"? Прием гласит: все части технической системы должны быть согласованы между собой. Человек, чтобы вы знали, тоже является частью технической системы — если он работает на станке или бродит по городу, раздумывая над проблемами мироздания. Движения токаря за станком должны быть согласованы с ритмом работы станка.

Движение мысли философа, бродящего по улицам, хочешь — не хочешь, а согласуется с ритмом жизни городских кварталов. Попробуйте, и убедитесь сами — в одних кварталах думается лучше, в иных — не думается вообще.

Очень простой пример, чтобы все стало ясно: бормашина. Я вовсе не советую вам отправляться к зубному врачу. Но если вы его вообще когда-нибудь посещали, то вам знакомы ощущения от впивающегося в кость бура. Раньше, когда скорость вращения бурового устройства была невелика, сверление зуба, бывало, доводило человека до болевого шока. Потом врачи догадались использовать сверхбыстрые аппараты (прием ускорения!), и боль стала меньше. Но есть, оказывается, способ, с помощью которого боль вообще можно уничтожить — это согласовать ритмы работы бормашины с ритмами человеческого организма. Как? Теоретически это ясно, но вот до практики, к сожалению, пока не дошло.

Врачи знают, что в момент сокращения сердца повышается давление крови в сосудах, и болевые ощущения становятся во много раз сильнее. Всем знакома "дергающая" боль, согласованная с ритмом работы сердца. Так вот, если сделать так, чтобы сверло бормашины касалось зуба только в промежутках между ударами сердца, пациент практически не будет ощущать боли! В принципе, проблема боли при лечении зубов решена — но как, однако, далеко от принципа до воплощения… Нужно знать, как бьется сердце пациента, нужно, чтобы компьютер, связанный с механизмом бормашины, постоянно рассчитывал изменения сердечного ритма и давал команды увеличить или уменьшить скорость. Но ведь это детали — в будущем посещение зубного врача уже не будет наводить на неприятные мысли.

Пример посложнее. В одной квартире живут три семьи. Чтобы не было постоянных скандалов, все они должны согласовывать друг с другом "ритмы" своей жизни — кому когда вставать, кому когда занимать ванную. Перечитайте "Двенадцать стульев": жизнь "Вороньей слободки" прекрасно иллюстрирует, что получается, если пренебрегать "принципом согласования".

Вернемся к технике. В конце прошлого века лавочник Бенц поставил мотор на обычную коляску, и получился автомобиль. Но система была совершенно не согласована! Первый автомобиль был смешным, неповоротливым, медлительным, хотя и представлялся тогда чудом техники. Мотор нужно было согласовать с кузовом, колеса — с мотором, кабину — с колесами. А потом весь автомобиль нужно было привести в согласие с окружающей средой, и это никак не получалось, пока не были изобретены правила дорожного движения. Подумать только, когда в Лондоне было всего двадцать автомобилей, два из них умудрились столкнуться!

Разумеется, само по себе ничего не происходит. Если нужно согласовать что-то с чем-то, должно существовать связующее звено. Компьютер — если согласуются работа бормашины и сердечные ритмы. Коробка передач — если согласуется работа мотора с вращением колес.

Но давайте проявим фантазию, вспомним еще одно правило — стремление к идеальному конечному результату. Для чего нужен компьютер? Почему бормашина сама не согласует свое вращение с работой сердца?

Подумайте-ка над этими вопросами.

НЕ БОЙТЕСЬ КОНТРОЛЬНЫХ

Пройден еще один этап в изучении курса РТВ — настала пора контрольных. Не для оценки, но чтобы вспомнить приемы фантазирования.

Предупреждаю: задания будут сложными, но интересными. Придется проявить максимум воображения, и я уверен, что, зная приемы, вы справитесь не хуже иных известных писателей-фантастов. Во всяком случае, потом мы действительно сравним решения наших читателей с фантастическими идеями, и тут уж разберемся по "гамбургскому счету", у кого воображение лучше.

В теории фантазирования есть задания, которые называются ситуационными. Это самые сложные задания, потому что в условии дается только ситуация, и ставится вопрос. А что с этой ситуацией делать, как выбраться из ловушки и добраться до решения — это уж проблемы "решателя", его умения пользоваться приемами фантазирования.

Приведу пример решения ситуационного задания, чтобы вам стала ясна последовательность действий.

Задание короткое: придумайте фантастическую планету для космического сериала "Звездный путь", а то что-то слишком уж однообразными стали в последнее время приключения бравого экипажа.

Для начала нужно выбрать реальный объект, реальную планету, которую мы будем изменять. Мы ее знаем — это Земля. Шаг второй: выделить свойство, которое будет изменено. Выделяем: пусть это будет сила тяжести.

Теперь можно использовать приемы. Начнем с простого — увеличение. Пусть сила тяжести на нашей фантастической планете будет в три… нет, три — мало… в пятьсот раз больше, чем на Земле. Ясно, что нормальный человек при такой тяжести превратится в блин. Значит, следующий шаг: придумать такие устройства, которые позволили бы нашим космонавтам, прибывшим на планету Икс, жить и работать в условиях огромной силы тяжести. Каким должен быть на такой планете транспорт? Какой — промышленность? Кстати, и политический строй на такой уникальной планете должен будет отличаться от нашей привычной демократии. Почему? А попробуйте представить себе политические дебаты, когда соперники не могут поднять друг на друга руку.

Прием увеличения — простой прием. Используем более сложный — динамизацию, например. Мало того, что сила тяжести на планете Икс жутко велика, так она еще и меняется совершенно непредсказуемым образом. Сейчас вы весите тонну, а завтра будете втрое легче, что тоже, конечно, небольшая радость. И вообразите, какой окажется жизнь в этом странном мире. Весы, к примеру, станут совершенно непригодны для взаимных сделок. Вы хотите продать кому-нибудь килограмм яблок (тамошних яблок, конечно), а покупатель платит за триста граммов, потому что сила тяжести успевает измениться, и соответственно — меняется вес…

Кстати, любое ваше предложение о том, как прожить в мире меняющейся тяжести, писатели-фантасты просто вынуждены будут взять на вооружение, поскольку ни о чем подобном они еще не писали. О планете с огромной силой тяжести — было, прочитайте интересный роман X.Клемента "Экспедиция "Тяготение". А о планетах с меняющимся тяготением — не было ничего, слово за вами.

А теперь — задания для нашей контрольной.

Задание первое. Представьте себе, что на Земле исчезли все металлы. Техника основана на применении дерева, пластмасс и живых организмов. Опишите один день из жизни простого еврея на такой планете.

Задание второе. Известно, что магнитные полюса Земли медленно перемещаются. Представьте себе, что в результате какого-то катаклизма северный магнитный полюс вдруг оказался в районе Москвы. Что произойдет? Изменится ли наша с вами жизнь, и если да, то как?

НЕОЖИДАННЫЕ РЕШЕНИЯ

Итак, контрольная работа написана. Вопрос: как бы развивалась жизнь на Земле, если бы на нашей планете не существовали металлы? Самым простым и неправильным ответом был: да никак бы не развивалась. Какая может быть жизнь без металлов? Человечество так бы и осталось в каменном веке, охотники до сих пор охотились бы каменными топорами, строители так бы и строили свои хижины из сырой глины… В общем, кошмар и застой.

Не все так плохо, господа, ибо есть и оптимистические ответы. Человек способен выпутаться из любых обстоятельств. Прогресс, как говорили классики, не остановить. Но какой же прогресс без металлов?

Что ж, если нет металлов, нужно их чем-то заменить. Есть дерево, камень, есть животный мир. Иными словами, на Земле стала бы развиваться биотехнологическая цивилизация, многократно описанная, кстати, писателями-фантастами — перечитайте, к примеру, братьев Стругацких, одна из новелл их раннего романа "Возвращение" описывает встречу земных астронавтов со странной цивилизацией, которая дома свои выращивала, а не строила, а животный мир давал все, что необходимо для жизни. Хорошо, скажете вы, жить можно и в дупле, если дерево большое, а как быть с такими благами цивилизации, как автомобиль, телевизор, кондиционер? Эти-то предметы, пусть и не первой необходимости, но все же, безусловно, нужные, невозможны в мире без металлов!

Почему же невозможны? Вам нужен автомобиль? Вы выращиваете растение, формой напоминающее кузов — это вполне возможно даже при нынешнем уровне биотехнологии. Нужны колеса? Вы их делаете из круглых стволов больших деревьев. Как нарезать колеса без металлической пилы? Что ж, придется вырастить специальную породу бобров, натренировать их на вытачивание нужных деталей, и все. Остается проблема мотора — самая главная, естественно. Уж мотор-то без металлов невозможен! Совершенно не обязательно. Наша "металлическая" цивилизация развивалась тысячелетия. Если бы металлов не было, эти тысячи лет были бы потрачены на биотехнологические изобретения, и уверяю вас: достижения оказались бы не менее внушительными.

К концу XX века в том мире, где мы с вами жили бы, биологические элементы для усвоения солнечной энергии достигли бы такого совершенства, что один биоаккумулятор способен был бы вращать колеса вашего автомобиля не хуже, а то и лучше, чем двигатель "вольво", и воздух, кстати, не отравлял бы выхлопными газами.

А собственно, для чего привычный для нас автомобиль в мире биотехнологии? Автомобиль на колесах и с мотором — это психологическая инерция! Для какой цели существует автомобиль? Чтобы доставлять нас с вами с места на место. Это прекрасно могут делать обученные гепарды — за тысячи лет их приручили бы как собак…

Человеку, с младенчества приученному к достижениям биотехнологии, наши автомобили показались бы просто бредом умалишенного. Куда как лучше лететь из дома на работу в седле на спине гигантского орла, которого можно дешево купить в ГУМе в магазине достижений биологии…

А телевизор? Тут-то без электроники не обойтись. Значит, нужны резисторы, транзисторы — опять металлы, полупроводники. Но почему обязательно металлы? Экраны на жидких кристаллах существуют и у нас. А обычный человеческий нейрон способен переносить информацию куда лучше, чем металлический провод. Все, чем пользуется человек, будут выращивать, а не производить на гремящих и чадящих фабриках. И телевизоры будут выращивать тоже — вместе с экранами и приемными ушами-антеннами.

Впрочем, телевизор — тоже психологическая инерция. Какова цель телевидения? Сообщать информацию, в том числе зрительную. Значит, куда эффективнее развивать телепатические способности, которые в зачаточном состоянии есть у каждого. А дикторы "биотелевидения" будут попросту телепатами высокого уровня, способными сообщать свои мысли и образы сразу миллионам людей — если, конечно, люди захотят их воспринимать. Можно ведь переключиться на других телепатов — из студии ОРТ или НТВ…

Нет, господа, мы бы прожили и без металлов. И, возможно, намного лучше, чем сейчас.

БИЛЕТ НА ПЛАНЕТУ ФЭН

Ситуационные задания — самые сложные в курсе развития фантазии, но и, конечно, самые интересные. Предполагается, что вы уже знакомы с большинством приемов, умеете ими пользоваться и, главное, способны не только решать задачи, но и придумывать новые по мере решения старых.

Помните упражнение, в котором экипаж звездолета прилетал на неизвестную планету, которая отличалась от Земли единственным факторов "икс"? Этот фактор нужно было угадать, запуская на планету зонды — а точнее говоря, задавая наводящие вопросы ведущему, который и играл "за планету". Интересное задание, особенно если собирается неплохая компания, и вам хочется развлечь друзей.

Один недостаток — нужно ведь, чтобы сам ведущий знал этот фактор "икс". Значит, заданию "полет на планету" должно предшествовать другое задание: эту фантастическую планету придумать. И тут уж не нужно сдерживать собственную фантазию, не нужно ограничивать себя единственным фактором, отличающим вашу фантастическую планету от Земли. Ограничить сможете потом, никогда не ставьте себе ограничений в процессе решения.

Итак, задание: придумать фантастическую планету. За основу можете взять Землю и изменять ее, пользуясь всеми известными вам приемами. А можете взять за основу Марс или Юпитер — любую планету, тогда и решение получится более фантастическим. Не хочу мешать вам думать своими подсказками. Приведу лишь список фантастических планет, созданных воображением слушателей курсов РТВ.

Планета "Фэн-один". Отличается тем, что ее почва содержит вещество, способное запоминать и хранить информацию. Если, допустим, умирает абориген, и его хоронят, как это и там принято, в земле, то вся память, весь жизненный опыт покойного записываются в веществе почвы. Представьте себе, сколько знаний "пропадает" в недрах этой планеты! Миллионы лет эволюции. И можно в любой момент, выкопав шурф до глубины, скажем, двухсот метров, подключить считывающую аппаратуру и увидеть жизнь динозавров… Или восстание Спартака… Или Войну за независимость…

Планета "Фэн-два". Отличается тем, что меняет свое агрегатное состояние в зависимости от времени года. Представьте себе, что орбита планеты очень вытянута — в дальней своей точке эта орбита забирается чуть ли не в межзвездное пространство, а в ближней планета почти купается в звездной короне. Так вот, приближаясь к своему Солнцу, планета тает, становится жидкой, а удаляясь, снова твердеет. Ясно, что форма планеты, когда она "твердая", должна быть далека от привычного шара — когда бы шар мог образоваться, ведь для этого нужно время. А когда планета "тает", капли как бы срываются с ее поверхности, а потом медленно оседают ужасным дождем. Представьте себе жизнь на такой планете. Хватит ли у вас фантазии, чтобы вообразить, как живое существо, живущее в океане, должно измениться, когда весь океан вдруг твердеет на всей глубине?..

Планета "Фэн-три". Отличается тем, что, когда эта планета формировалась из протопланетного облака, сгусток этот быстро вращался. И вместо одного шара, подобного Земле, образовались два, соединенные между собой перемычкой — на манер амебы, собравшейся разделиться на две части. Этакая планета-гантель. В Солнечной системе ничего подобного нет. Впрочем, если бы такая планета существовала, в чем состояла бы наша фантазия?

И представьте себе, что на одной половинке гантели живут разумные существа. И на другой — тоже, только другие. А перемычка между планетами узкая, и сила тяжести там практически нулевая (кстати, вы можете объяснить — почему?). Как им в гости ходить друг к другу? Или воевать — это ведь для разумных существ занятие более привычное, чем ходить в гости…

Планета "Фэн-четыре". Отличается тем, что притягивает не все подряд, как прочие порядочные планеты, а лишь… межзвездные корабли. Но зато — со всей Вселенной. Откуда бы ни запустили звездолет, с Земли или с Проциона, он непременно прилетит на планету "Фэн-четыре". Никто не может отправить экспедицию, скажем, с Земли на Сириус — звездолет все равно приземлится на планете "Фэн-четыре"…

В моей коллекции фантастических планет содержатся планеты, куда более странные, чем те, что я перечислил. И, кстати, ни одна из описанных планет еще не пришла на ум писателям-фантастам. Теперь ваша очередь пополнить коллекцию. Купите билет на планету Фэн…

ЯБЛОКИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

Люди еще не скоро полетят к звездам. Кое-кто из ученых считает, что не полетят вообще: слишком далеко, и слишком дорого, и слишком долго. Главное — долго. На нынешних ракетах далеко не улетишь, даже к Марсу придется лететь почти год, что уж говорить об Альфе Центавра. А скорость света — недостижимая мечта. Значит, придется нам осваивать окрестности Земли, а о полетах к Денебу читать только в фантастике?

Не думаю, что скептики правы, но не о том сейчас речь. Допустим, что звездолет, наконец, создан, технические сложности преодолены, и вы летите к далекой звездной системе. Вас ждут удивительные научные открытия. Какие? В ответ на этот вопрос собеседник обычно разводит руками и говорит: "Кто может это сказать? Открытие на то и открытие, что предвидеть его нельзя. Для того люди и полетят к звездам, чтобы узнать то, чего еще никто прежде не знал и о чем никто не догадывался".

Очень распространенное, кстати, рассуждение в среде ученых. Изобрести, мол, можно все, что угодно, особенно если владеешь аппаратом ТРИЗ, а вот открытие — это нечто абсолютно непредсказуемое. Если открытие предсказано — это уже не открытие.

Подобное утверждение — вызов воображению. Есть, оказывается, явления, идеи, объекты, вообразить которые человек не может в принципе? Да, говорят скептики. Человек в принципе не может вообразить того, о чем прежде не имел ни малейшего представления. Вот, скажем, явление радиоактивности. Беккерель совершенно случайно забыл непроявленную фотопластинку рядом с солями радия. И пластинка оказалась засвеченной, хотя лежала в черном светонепроницаемом пакете. Кто из ученых, даже будь он семи пядей во лбу, мог предсказать это явление, не зная ничего о строении атома, о существовании разных элементарных частиц? Никто, конечно. Великое открытие — дело случая. Потом, конечно, наводится глянец, новое увязывается со старым, появляются объяснения… Но начинается-то все со случайности — естественно, счастливой. Менделеев во сне случайно увидел свою таблицу, Бербидж совершенно случайно сфотографировал первый квазар, и уж, конечно, абсолютно случайно был открыт пенициллин… И яблоко на голову Ньютона упало случайно, не говоря о том, что Архимед мог бы и не залезть купаться в ванну.

Да, все, что я перечислил, произошло случайно (кроме, надо полагать, хрестоматийной истории с яблоком Ньютона). Но означает ли это, что все перечисленные открытия предсказать заранее было невозможно?

Нет, не значит. Можно было предсказать. Просто фантазия у первооткрывателей работала слабо. Или не в том направлении. А точнее — не было ни во времена Ньютона, ни во времена Беккереля, ни даже во времена Курчатова науки о предсказании научных открытий. Такой науки, впрочем, нет и сейчас. Но сейчас исследователи научных открытий хотя бы знают, как подступиться к проблеме. Писатели-фантасты, кстати говоря, знали это прежде ученых. И научные открытия делали довольно часто — вполне, между прочим, непредсказуемые с точки зрения ортодоксальной науки. В 1912 году, например, некто Р.Кеннеди написал фантастический роман "Тривселенная". С точки зрения художественной — плохой роман, и если пользоваться шкалой "Фантазия-2", за характеры героев и художественное воплощение идеи больше полутора баллов роман не заслуживает. Но вот с новизной и убедительностью — иное дело.

Речь шла о структурности Вселенной — о том, что, исследуя атом, мы можем оказаться на границе Метагалактики. К подобным идеям подходит современная космология, но в 1912 году ученые ни о чем подобном еще не думали! Случайность, скажет скептик.

Хорошо, вот еще пример. В 1896 году французы Ф.Ле Фор и А.Графиньи опубликовали фантастическую повесть "Вокруг Солнца", где описали космический корабль с огромным зеркалом на корме. На зеркало с Земли направляют луч прожектора, и сила отдачи света двигает корабль… Позвольте, но ведь П.Н.Лебедев открыл принцип давления света только несколько лет спустя! Кто же, в конце-то концов, сделал это великое открытие? И главное, если уж сделал, то как это удалось?

ПУТЕШЕСТВИЕ НА МАШИНЕ ВРЕМЕНИ

Фантасты предсказали не только явление светового давления и многоярусную Вселенную. Вопреки распространенному заблуждению, что открытия невозможно предвидеть, фантасты (по крайней мере, в первой половине нашего века) сделали немало открытий. Это сейчас, когда в моду вошли фантастические истории из мира колдунов и фей, и когда тон стала задавать социальная фантастика, сами авторы как бы смирились и начали говорить вслед за учеными: ну, конечно, куда нам, мы и науку-то плохо знаем…

Несколько десятилетий назад популярной была научно-техническая фантастика, и предвидеть научные открытия было для хорошего фантаста делом чести.

Кто и когда первым заговорил о возможности антигравитации? Фантаст Г.Уэллс в романе "Первые люди на Луне", опубликованном в 1900 году, последнем году XIX века. Роман представлялся совершенно антинаучным, поскольку настоящие ученые утверждали, что все тела могут только притягивать друг друга, а отталкивания в природе нет и быть не может (представляете, яблоко не падает Ньютону на голову, а улетает в небо?).

Кто и когда первым заговорил о возможности передвижения во времени? Тут, я думаю, разногласий не будет: конечно, тот же Г.Уэллс в романе "Машина времени" (1896 год). Почти век идея считалась антинаучной, никто из ученых и не думал присуждать английскому фантасту премию за научное открытие. Такую премию, кстати говоря, получит, скорее всего, российский физик И.Д.Новиков, который спустя почти век после Уэллса сделал-таки открытие: оказывается, машина времени, в принципе, возможна! Не будь романа Уэллса, открытие Новикова стало бы для науки громом среди ясного неба…

И кстати, все тот же Уэллс сделал еще одно открытие — он писал о смертельной опасности инопланетных микробов и вообще всякой инопланетной живности. В "Войне миров" (1897 год) описано нашествие марсиан. Что спасло Землю от порабощения? Пушки? Сила духа и сопротивление людей? Ничего подобного. Марсиан убили обычные земные бактерии, совершенно безвредные для людей, но для инопланетной жизни — смертельно опасные.

До начала освоения космического пространства это открытие Уэллса никем не признавалось. Ну написал фантаст, и ладно. А когда впервые земной аппарат должен был не только опуститься на иное небесное тело, но и вернуться на Землю, — проблема возникла сама по себе (непредсказуемо, как считают ученые). "Аполлон-11" должен был вернуться домой, привезя частицы лунной породы. А если в этих частицах есть лунные бактерии? И если эти бактерии смертельны для нас? Очень непростой была задача стерилизации космического аппарата, и кстати говоря, вполне по методике Уэллса, стерилизуют сейчас не только возвращающиеся аппараты, но и те, которым предстоит опуститься на поверхность Марса и его спутников. Иначе — мало ли что может случиться…

Еще одно открытие, которое ученые так и не смогли предсказать заранее — атомная энергия. Даже в середине тридцатых, когда до создания атомной бомбы оставалось всего ничего, лучшие физики мира утверждали, что атомную энергию использовать не удастся никогда, да и вообще что это за энергия такая? Между тем еще в 1908 году русский ученый и фантаст А.А.Богданов в романе "Красная звезда" писал о космическом корабле-этеронефе, работающем на атомной энергии.

Впрочем, достаточно перечислений. Открытия, конечно, всегда неожиданны — для тех, кто не читает фантастику. И для тех, кто не знаком с достижениями странной науки, которая рождается в наши дни — науки о том, как делаются научные открытия.

Но, прежде чем перейти к науке об открытиях, я хочу дать вам задание. Задачу на открытие. Фантасты эту задачу решают много лет, присоединитесь и вы. Представьте, что к звездам впервые отправился земной звездолет. Там нас ждут чужие разумные существа. И, если верить тому, что открытия предвидеть нельзя, то экипаж звездолета до самой встречи с иной разумной жизнью так и не сможет ее себе представить. Все произойдет совершенно неожиданно и может закончиться трагически для экипажа. Ведь, не распознав разума, можно погубить либо его, либо себя.

Как быть?

ЯЩИК ДЛЯ ЦИВИЛИЗАЦИЙ

Итак, вы (в очередной раз!) — капитан звездолета, летите к далекой планетной системе и не хотите попасть впросак. Вам известно, конечно, что у цели вас ждут неожиданные открытия, за ними вы, собственно, и летите, но все же ваша задача как капитана: свести неожиданности к минимуму. И лучше уж обойтись без открытий — от них одни сложности…

Лет десять назад, когда подобная задача была задана слушателям курсов по развитию фантазии, решение возникло почти сразу. Нужно, — сказали "студенты", — взять в полет энциклопедию фантастических разумных существ и животных. Попросту говоря, список всех фантастических существ, что были придуманы и описаны писателями-фантастами за десятки и сотни лет. Прилетаете вы на иную планету, видите в иллюминатор выходящего из леса монстра, открываете энциклопедию и говорите:

— Ага, этот жуткий экземпляр был описан в рассказе господина Икс в таком-то году. И автор предлагал использовать против него…

Скептик может сказать, что природа богаче измышлений фантастов, и вероятность встретить именно то существо, что уже описано, невелика. Согласен. Из этого следуют два вывода. Первый: чтобы помочь звездолетчикам будущего, со временные авторы должны побольше и почаще писать об инопланетной жизни (желательно, не повторяя друг друга!). И второй: надо же и приемами пользоваться!

Действительно, что собой, по сути, представляет гипотетическая энциклопедия, о которой шла речь выше? Сборник всего, что написано, верно? Иными словами, писатели методом тыка придумывают чужую жизнь, следуя научным традициям — ведь и ученые, не зная ТРИЗ, делают открытия исключительно с помощью метода проб и ошибок. ТРИЗ и теория развития фантазии утверждают, что от метода тыка нужно переходить для начала к… Ну, хотя бы к элементарному морфологическому анализу. Если уж тыкаться носом в разные стороны, то лучше делать это по системе!

Что же получается? Оставим в стороне художественные достоинства фантастических книг — речь сейчас идет только об идеях. Тогда современную фантастику о внеземных цивилизациях можно смело уподобить науке со всеми ее законами. Наука исследует факты и создает гипотезы? Фантасты занимаются тем же, разница лишь в том, что факты они придумывают сами, опережая в этом науку. Наука делает открытия методом проб и ошибок? Фантасты — тоже.

Но фантасты уже поняли, насколько этот метод несовершенен, а ученые — еще нет, вот в чем разница. Фантаст, который хочет придумать новый тип инопланетных существ, рисует на бумаге клеточки морфологической таблицы, на одной оси — характеристики существ, на другой — варианты этих характеристик. И в этом "морфологическом ящике" непременно (с вероятностью почти 100 процентов!) окажутся не только существа, уже придуманные коллегами, но и те монстры, которые пока никому в голову не приходили. Число монстров ограничено только количеством клеточек таблицы и… психологической инерцией автора.

Страшная это штука — психологическая инерция. Сколько открытий запоздали на века из-за того, что ученые не искали там, где нужно и где могли! А сколько прекрасных фантастических романов не были написаны по той же самой причине! Вот пример, близкий по времени. Астрофизикам (и любителям астрономии) хорошо известна Крабовидная туманность — след взрыва Сверхновой. В середине шестидесятых годов в туманности обнаружили источник яркого рентгеновского излучения. Открытие этого излучения, как и положено открытию, было, естественно, случайным и произвело сенсацию. Но в конце шестидесятых в той же туманности был открыт радиопульсар (и опять — по чистой случайности, как и положено открытию). Тогда астрофизики спросили: а может, этот радиопульсар излучает еще и рентгеновские лучи?

Ответ на вопрос был получен в течение суток, и для этого не пришлось даже запускать ракету с приборами. Достаточно было заново обработать старые данные, которые, казалось, были уже исследованы вдоль и поперек. И рентгеновский пульсар был обнаружен.

Можно это было сделать на пять лет раньше? Можно, никто из участников эксперимента и не спорил. Почему не сделали? Да потому, что никому в голову не пришло построить морфологический ящик под названием "Крабовидная туманность". Ящик, подобный "Внеземным цивилизациям". Полную таблицу всех мыслимых вариантов. В этой таблице, как в Греции, есть все. В том числе и открытия, которые еще не были сделаны…

С оптическим пульсаром в Крабовидной туманности вышло еще неприятнее. Ну хорошо, сказали ученые, открыв рентгеновский пульсар, в Крабовидной туманности есть пульсар, излучающий радио- и рентгеновские лучи. По идее, оптическое излучение этой звездочки тоже должно пульсировать — ведь оптический диапазон расположен как раз между радио и рентгеновским. Слабенькая звездочка в Крабовидной туманности была обнаружена еще сто лет назад. Приборы, способные фиксировать быстрые изменения блеска, тоже изобретены не в прошлом году.

В ту же ночь, когда астрономам на Паломарской обсерватории пришла в голову эта идея, они направили телескоп на туманность и… Естественно, оптический пульсар был открыт. А на следующий день, отоспавшись, они заново исследовали старые (почти вековой давности!) наблюдения Краба и… Естественно, пульсар был и там, куда ж ему деться. Почему оптический пульсар в Крабовидной туманности не был открыт в 1920 году?

— Да мы просто не подумали о таком варианте, — вздохнули авторы открытия.

Не подумали, и кто их будет в том винить? Когда действуешь классическим научным методом проб и ошибок, всегда о чем-то не думаешь. А ведь вся астрофизика XX века могла выглядеть иначе, если бы еще тогда, восемьдесят лет назад, был обнаружен оптический пульсар в Крабовидной туманности.

Изобретатели, как и ученые, многие века работали, используя метод проб и ошибок. В сороковых годах Ф.Цвикки (астрофизик, кстати, а не изобретатель) придумал морфологический метод — систему полного и целенаправленного перебора вариантов. Изобретатели пользовались морфологическим методом несколько десятилетий, пока не появился ТРИЗ. А ученые только сейчас (да и то не все и не везде) начинают понимать, что "морфологический ящик" — не досужая игра ума астрофизика. Пользуясь своим методом, Цвикки, кстати, еще в начале пятидесятых годов сделал открытие — предсказал черные дыры. Он, правда, назвал "свои" звезды адскими, но разве в названии дело?

Цвикки опубликовал книгу "Морфологическая астрономия", где и описал свой метод. Изобретатели немедленно взяли метод на вооружение, осторожные ученые лишь пожали плечами. Между тем, в книге был, к примеру, описан "морфологический ящик" под названием "Звезды". На одной оси, как положено, характеристики звезд, на другой — варианты этих характеристик. Вот, к примеру, такая характеристика звезды, как размер. Звезда размером с Солнце? Сколько угодно. Звезда размером в 100 солнц? Есть и такие — Ригель, например. А в 1000 солнц? Это красные сверхгиганты — например, Бетельгейзе. Увеличим еще — звезда размером в 10 тысяч солнц. Такие пока не открыты. Я говорю, вслед за Цвикки: пока.

Откроют и такие звезды.

Теперь давайте передвинемся по оси размеров в обратном направлении. Звезда, которая меньше Солнца в 1000 раз? Такие звезды известны — это белые карлики. А в 10 тысяч раз? Это нейтронные звезды (предсказанные, кстати, тем же Цвикки еще в 1932 году!). А в 100 тысяч раз?

Таких звезд не бывает, говорили "правильные" ученые, читая книгу Цвикки, и объясняли — почему. Дело в том, что у звезды размером в несколько километров скорость убегания должна быть больше скорости света. Возможно такое? Нет, невозможно. Значит, и звезд таких быть не может.

В 1972 году были открыты черные дыры, и оказалось, что адские звезды Цвикки все-таки существуют. Звезды размером в несколько километров и массой в десять масс Солнца. И скорость убегания для этих звезд действительно превышает скорость света. И означает это только, что даже свет не в состоянии "улететь" с такой звезды. И потому увидеть черную дыру невозможно в принципе.

А если еще уменьшить размер звезды? Пусть он будет даже не километр, а несколько сантиметров. Продвинемся еще глубже по оси размеров. Надо сказать, что даже сам Цвикки в своих таблицах так глубоко не погрузился — помешала все та же психологическая инерция.

Но мы же говорили: если взялся использовать прием, не останавливайся! Если бы Цвикки не ограничил ось в своей морфологической таблице, он еще в начале пятидесятых годов предсказал бы мини-черные дыры, остатки Большого взрыва Вселенной, "дожившие" до наших дней…

СЫГРАТЬ В ЯЩИК

Самый большой недостаток морфологического метода — искать в "ящике" действительно новое открытие все равно, что иголку в стоге сена или жемчужину в пляжном песке…

Впрочем, о недостатках потом. Давайте сначала построим ящик, а уж затем будем разбираться, насколько он хорош. Прежде всего нужна тема открытия, которое мы хотим сделать. Что-нибудь поэкзотичнее, чтобы было интереснее. Скажем, "контакты с внеземными цивилизациями". Очень актуальная тема, если учесть, сколько неопознанных летающих объектов появляется в последнее время. Ясно, что пришельцы летят к нам как утки на зимние квартиры. Как наладить с ними контакт? С самими-то "тарелками" ничего не выходит, но может, получится с теми, кто их сюда посылает?

О чемобычно рассуждают ученые, когда ведут речь о межзвездной связи? О том, как наладить контакт с помощью радио или оптического излучения. Что выгоднее использовать — лазер или радиотелескоп?

Наученные опытом, мы уже знаем, что это всего лишь две возможности, две клеточки в огромном морфологическом ящике, к строительству которого ученые даже не приступили.

Цивилизации бывают разными, и средства связи у каждой свои. Значит, прежде, чем строить ящик "межзвездная связь", нужно разобраться с ящиком "внеземные цивилизации". Оси этого ящика: среда обитания, форма объединения, структура разумных существ, направление эволюции, темп эволюции… Осей может быть много, форм цивилизаций еще больше. Возьмите-ка бумагу в клеточку и нарисуйте ящик-таблицу сами. Вы обнаружите в нем (если, конечно, подойдете к решению методически и не будете халтурить) и нас — человечество, и мыслящий океан Солярис, и многие другие формы разума, описанные и еще не описанные фантастами. Тысячи клеточек, если вы не поленились их нарисовать и обозначить, — тысячи типов цивилизаций. И каждая клеточка — это название для нового морфологического ящика "Межзвездная связь".

Вот, скажем, тот же мыслящий океан. Что для него радиосвязь? Куда более естественно для океана создавать инфразвуковые волны. Использовать для связи звук. Нет, — тут же вмешивается психологическая инерция, — звук для межзвездной связи не годится. Звуковые волны распространяются в воздухе, а между звездами воздуха нет, и следовательно…

Стоп. Так и проходят обычно ученые мимо открытий, не умея пользоваться морфологическим анализом. Ведь основное правило развития творческой фантазии: не отбрасывать никакие идеи, даже если они кажутся вам нелепыми и антинаучными. И все же — звук в межзвездной среде. Ничего невозможного. Да, газ между звездами очень разрежен — в одном кубическом сантиметре пространства находится всего один атом вещества. Газа очень мало, но ведь он есть! Есть газ, может быть и звук. И кстати, именно очень низкие частоты — инфразвук — имеют большие шансы уцелеть, пробираясь от звезды к звезде. Океан Солярис, надумав обратиться к собратьям на других планетах (по его мнению, на других планетах разум тоже, скорее всего, заключен в океанах), будет посылать в космос мощные инфразвуковые волны. Кто-нибудь пробовал искать такие волны, исследуя межзвездный газ? Никто не пробовал. Точнее говоря, есть в астрофизике такие разделы — исследование межзвездных ударных волн и исследование звуковых волн низкой частоты. Но никому еще из ученых не пришло в голову попытаться именно здесь искать следы деятельности иных цивилизаций. Ведь, действуя методом проб и ошибок, сначала ищешь там, где искать удобнее — то есть, под фонарем. Удобнее искать в радио и оптическом диапазоне; радиотелескоп сегодня — самый чувствительный астрономический прибор…

В фантастике звуковые послания давно обнаружены — почти двадцать лет назад это произошло в рассказе П.Амнуэля "Далекая песня Арктура".

А ведь это всего одна клетка из огромного морфологического ящика "Межзвездная связь". Одно из множества открытий, которые еще не сделаны. Игра продолжается.

ИГОЛКА В СТОГЕ СЕНА

А теперь — о недостатках морфологического метода. Мы уже сделали открытие в межзвездной связи, воспользовавшись морфологическим ящиком. Но нужно теперь подумать и о том, что "пустой породы" в таком ящике куда больше, чем потенциальных открытий. Если в морфологическом ящике тысячи клеточек-вариантов, то наверняка большая часть из них (возможно — подавляющая часть) просто противоречит законам природы. А как мы об этом узнаем, если не переберем все клетки, если в поисках иголки не растащим на колоски весь огромный стог сена? Для создания фантастических идей этот недостаток морфологического анализа несуществен. Может даже, это и не недостаток вовсе, а достоинство: чем идея безумнее, тем легче она ложится в основу фантастического рассказа. Но ученый относится к этой проблеме иначе: построив морфологической ящик по выбранной проблеме, он не желает перебирать клеточку за клеточкой, он хочет знать наверняка, какая клетка содержит открытие, а какая — пустую породу. Но такого правила, позволяющего наверняка определять место открытия на огромном проблемном поле, пока нет. И это одна из причин (кроме психологической инерции), почему морфологический анализ в науке так и не прижился.

Действительно, представим себя на месте физика конца прошлого века. И допустим в качестве мысленного опыта, что этот физик знает, что такое морфологический анализ. Пусть фамилия этого физика будет, скажем, Майкельсон. Да, тот самый, который измерял скорость света. Поставив свой опыт, он сел и начал строить морфологическую таблицу под названием "свет". Если он подошел к делу систематически, то в ящике обязательно можно найти клетку с надписью "скорость света — максимальна и не зависит ни от чего".

Открытие? Но, во-первых, в ящике есть множество иных клеток-вариантов, откуда Майкельсону знать — какой вариант предпочтительнее? Во-вторых, само предположение о независимости скорости света… М-м… Скорее уж Майкельсон не обратит на эту клетку внимания, будет искать в другом месте. Что он, кстати, и сделал, действуя классическим методом проб и ошибок. Чем же помог морфологический анализ? Майкельсону — ничем, он и не знал об этом изобретении Цвикки. Однако ведь и сам Цвикки сделал с помощью своего изобретения гораздо меньше открытий, чем мог.

Причина в главном недостатке морфологического метода: мы не знаем, какая клетка соответствует открытию. А перебирать все подряд… Это, конечно, лучше, чем простой перебор вариантов методом тыка, но тоже, надо сказать, удовольствие небольшое. Когда в начале шестидесятых годов открыли квазары, идеи об их природе посыпались как из рога изобилия. Идей были сотни, морфологический ящик "квазары" оказался заполнен до отказа, но… Правильная клеточка-идея была найдена лишь десятилетие спустя — для этого пришлось пройтись по всему ящику. Известные астрофизики Д. и М.Бербиджи писали в своей книге "Квазары": "Существует так много противоречивых идей относительно теории и интерпретации наблюдений, что по крайней мере 95 процентов из них неверны; однако в настоящее время никто не знает, что входит в эти 95 процентов".

Писателю-фантасту это не кажется недостатком — он напишет по рассказу на каждую идею, и ему не нужно доказывать, верна эта идея или нет. Ученый — иное дело. Ученому нужна такая методика открытий, которая исключала бы такой бесполезный поиск, бессмысленную трату ума и сил. И денег, кстати, — ведь каждая клетка ящика это научная задача, и, чтобы ее решить, нужно оборудование, сотрудники.

Нет, господа, морфологический анализ в науке оказался ровно так же неэффективен, как и в изобретательстве. Инженеры, взяв первыми на вооружение этот метод, первыми от него и отказались в середине семидесятых годов, перейдя к ТРИЗ — теории решения изобретательских задач. Ученые в этом отношении от инженеров отстают, им еще нужно доказать сначала, что морфологический анализ все-таки облегчает жизнь.

Между тем, наука об открытиях уже существует. Делает первые шаги, но ведь это — шаги новорожденного. Мы поговорим о них позднее, а пока попробуйте выполнить простенькое упражнение, проверьте свою фантазию: постройте морфологический ящик под названием "кухня". Одна ось: предметы и аппараты, стоящие на вашей кухне.

Другая ось: разные варианты этих предметов и аппаратов. И третья ось: изменения этих вариантов, их эволюция. И если вы не обнаружите в вашем ящике совершенно фантастических, но облегчающих жизнь, приборов, то ваша фантазия еще недостаточно тренирована…

Часть 10

Далекий идеал

Когда на курсах по развитию фантазии преподаватель завершает рассказ об использовании морфологического метода в поиске научных открытий, кто-нибудь из слушателей непременно вносит предложение:

— Долой метод проб и ошибок и его модернизацию в виде морфологических ящиков! Даешь ТРИЗ в науке!

Хорошее, на первый взгляд, предложение. Почему бы, действительно, методы решения творческих задач, оправдавшие себя в изобретательстве, не перенести на научную почву и не начать делать открытия с такой же частотой, как хороший инженер, владеющий ТРИЗ, делает изобретения? Тем более, что не только на первый, но и на второй взгляд, в развитии научных знаний и технических систем есть явные общие закономерности.

Как развиваются технические системы? Мы это знаем — в сторону увеличения идеальности. Мечта изобретателя: ИКР — идеальный конечный результат. Создать такую машину, чтобы выполняла свою функцию, будучи невидимой и неощутимой. Конечно, это мечта, и создать такую машину можно пока только в фантастическом произведении. Обычно в ТРИЗ принцип идеальности формулируется более конкретно: техническая система тем больше близка к идеальной, чем больше функций она выполняет при меньшей расплате за их выполнение.

А разве в науке не так? Похожие принципы действуют в физике, биологии и даже психологии. Зигмунд Фрейд, например, утверждал, что психика человека ориентирована на получение максимального удовольствия при минимальной за это расплате. Не думаю, что читатель будет возражать против такого стремления к идеалу.

А знаменитая "бритва Оккама" — не умножай сущностей сверх необходимого? Идеальная научная теория — та, которая объясняет как можно больше, вводя при этом как можно меньше дополнительных предположений.

Как по-вашему, какая механика ближе к идеальной — Ньютона или Эйнштейна? Чисто интуитивно понятно, что теория Эйнштейна должна быть более идеальна,

раз уж она возникла много позже ньютоновой и включила ньютонову механику как свою составную часть. Давайте разберемся. Ньютон полагал (и на этом построена его механика), что существует некое абсолютное пространство, в котором находится и движется все сущее. Эйнштейн объявил, что никакого абсолютного пространства нет в помине, и все в мире относительно. Избавившись от лишнего предположения, Эйнштейн сумел объяснить гораздо больше фактов! Вот уж действительно, прав Фрейд: больше удовольствия при меньшей расплате…

Нагляднее всего принцип идеальности виден на примере доказательства математических теорем. Это сейчас теоремы, которые наши дети доказывают в школе, формулируются так компактно, красиво и безупречно. А первые их доказательства, найденные когда-то великими Коши, Галуа, или Гельмгольцем, занимали десятки страниц, были неуклюжими как динозавры и некрасивыми как старые паровозы. Удовольствия от таких доказательств было мало, а затрат — вагон… Кстати, не только о школьных теоремах речь. Знаменитая теорема Геделя, известная любому математику, а для "нормального" читателя загадочная, как пришелец с другой планеты, будучи доказана впервые, занимала сто с лишним листов. Сейчас доказательство этой теоремы занимает одну страницу.

Два тысячелетия назад Птолемею пришлось, изображая движение планет и Солнца вокруг неподвижной Земли, рисовать систему дифферентов и эпициклов, потому что простыми окружностями объяснить сложности перемещения планет по небу он никак не мог (попробуйте сами — планеты то движутся вдоль эклиптики, то останавливаются, то описывают кольца…). Чтобы уточнять свою теорию, бедняга Птолемей вводил все больше и больше дополнительных окружностей — иными словами, уменьшал удовольствие при увеличении затрат. Двигался прочь от идеала! Уже хотя бы, поэтому теория его не могла оказаться правильной.

Коперник поставил Солнце в центр, и все встало на свои места. Каждой планете — одну окружность. Все ясно и понятно. Удовольствия масса, неприятностей почти никаких. Идея Коперника просто не могла не оказаться верной.

ПРИШЕЛЬЦЫ ИДУТ?

Знакомый журналист сказал мне как-то:

— Послушай, ты сам себе противоречишь. В одной из своих статей по развитию фантазии ты утверждал, что пришельцев нет, и что все эти НЛО имеют какую-то неразгаданную, сложную, но естественную природу. Так?

— Так, — согласился я.

— И еще ты писал, что всякая научная теория должна стремиться быть идеальной: объяснять больше, а предположений вводить меньше. Согласись, что идея пришельцев объясняет НЛО сразу и гораздо проще, чем всякие атмосферные явления, о которых никто из ученых ничего толком сказать не может. Гипотеза о пришельцах гораздо идеальнее всякой другой — единственное предположение, а объясняет сразу все! Если принять во внимание, что в последнее время НЛО стали частыми гостями, спор наш приобрел особую актуальность. Казалось бы, журналист прав: пришельцы — вот объяснение, самое простое и, главное, понятное каждому.

А теперь давайте разберемся, насколько оно идеально, и тогда мы поймем, почему ученые в большинстве своем относятся к пришельцам с очевидной неприязнью.

Итак, чем должно отличаться идеальное научное объяснение факта? Вводя минимум новых предположений, объяснять факт. И при этом, заметьте, не создавать, по возможности, новых загадок, для решения которых нужно будет вводить новые предположения!

Когда ученый утверждает, что большую часть НЛО можно объяснить, например, разными видами шаровых молний, он вообще не вводит новых идей. А если и вводит (мы же не знаем пока, может ли шаровая молния вызывать у людей галлюцинации), то надеется разобраться в этом феномене с помощью известных физических законов. Когда уфолог утверждает "это пришельцы", он вводит фактор, представляющий собой абсолютную загадку! Одну загадку он объясняет другой, еще более странной. Что знаем мы о гипотетических пришельцах? Да ничего не знаем… Или наоборот, знаем столько, что знание это лишается всякого смысла.

Есть пришельцы высокие, есть маленькие, есть зеленые с хвостиком, есть белые с тремя глазами, есть… Похоже, что разных пришельцев на Земле больше, чем тараканов! И все они поступают на удивление однообразно (а ведь явились с разных миров!): утверждают, что земляне еще не готовы вступить в галактическое братство, контакты все еще преждевременны (если это так, то зачем раньше срока пришельцы показывают себя первому встречному?), и что люди должны вести себя хорошо…

Господа, вот вам задача на развитие фантазии: перечитайте многочисленные рассказы "контактеров" и попробуйте определить, с помощью какого приема (из числа нам известных) все это можно сконструировать. Пришелец с тремя глазами — прием увеличения. Пришелец высотой три метра — тот же прием. Пришелец ростом в карандаш — прием уменьшения…

А то, что пришельцы вдалбливают в головы "контактерам" — разве это не набор банальностей, каждая из которых и без вмешательства иных сил вполне ясна? Вот уж действительно, стоило ли лететь за сотни парсеков, чтобы явиться какому-то случайному пешеходу и сказать: "Передай вашим, чтобы вели себя хорошо, а то в братство цивилизаций не примем"?

"Железный", казалось бы, довод уфологов: а чем, скажите на милость, объяснить в таком случае, странные явления в знаменитом Энском треугольнике на Урале? Или нападения НЛО на самолеты? Или исчезновения людей? Наконец, странные объекты в небе — что это такое? "Всего лишь" атмосферное электричество?

Да, всего лишь. И хотя об атмосферных явлениях нам еще многое не известно, но эта идея куда ближе к "идеальной теории", чем идея о нашествии пришельцев на Землю.

Чтобы удостовериться в этом, попробуйте сами встать на место пришельца. Вы прилетели на другую планету, обнаружили на ней разумную жизнь, с которой не желаете вступать в контакт. Ваши действия?

Используйте все приемы фантазирования, какие знаете. И скажите, положа руку на сердце: станете вы посылать на тамошние Москву, Киев, Воронеж и прочие города и страны сотни и тысячи "тарелочек", если считаете, что говорить вам решительно не о чем?..

ВСЕ ТЕ ЖЕ ПРОТИВОРЕЧИЯ

Если в технической системе нет никаких противоречий, то в ней нечего изобретать. Она достигла своего идеала и, следовательно… такую систему нужно срочно выбрасывать на свалку истории.

О, эти противоречия! Кажется, что они только усложняют жизнь, но попробуйте представить мир, в котором все противоречия устранены раз и навсегда, и вам наверняка захочется бежать из такого мира, не оглядываясь. Представьте себе свою семейную жизнь без противоречий. Вы говорите "а" и слышите в ответ "конечно", она говорит "б", и вы полностью соглашаетесь. Никакого различия во взглядах, даже по мелочам. Все одно и то же… Сегодня, завтра, всегда… Развод, срочно развод!

Короче говоря, жизнь без противоречий скучна и пресна, а техника с наукой без противоречий просто немыслимы. И хорошее, развитое воображение обязано уметь в любом явлении, в любой вещи углядеть свойственные им противоречия. Сначала — углядеть. Второй этап — суметь от этого противоречия избавиться.

Приблизить вещь к идеалу. А поскольку идеал, как мы знаем, недостижим, то что нужно сделать на следующем этапе? Естественно, найти противоречие в том, что нам удалось нафантазировать…

Мы уже умеем (надеюсь!) пользоваться приемами фантазирования. Помните, я говорил, что прием нужно использовать до тех пор, пока не возникнет некое новое качество? Уточню: речь шла именно о противоречиях. Вот задача, которую мы решали уже много раз: придумать фантастическое растение. Прием — увеличение. Будем увеличивать, допустим, обыкновенную ель. Ель размером в сто метров. Представили? Отлично. Триста метров. Никаких проблем? Плохо, значит, ваше воображение еще недостаточно развито. Можно (что в том трудного?) вообразить ель размером с орбиту Земли, но если вы при этом не увидели десяток противоречий, то зачем нужно было приниматься за дело?

Итак, ель размером в триста метров. Такое дерево становится слишком тяжелым для своих корней. Можно, конечно, представить, как корни проникают на все большую глубину, но… Вот оно, противоречие, дающее пищу для фантазии. Кончается слой почвы, начинаются скалы, куда корни проникнуть не могут. Получается, что корень огромной ели должен обладать одновременно двумя противоречащими друг другу свойствами. Он должен уходить вглубь (чтобы поддержать огромный ствол) и должен остаться близко к поверхности (чтобы находиться в пределах слоя почвы).

Что делать?

А это зависит от вашей фантазии. И от знания приемов тоже, естественно.

Противоречивые свойства должны быть разделены. Как? Либо в пространстве, либо во времени. Давайте сначала разделим их в пространстве. То есть, наша фантастическая трехсотметровая ель должна обладать двумя корнями. Один корень будет уходить вглубь и удерживать дерево от падения. А второй будет расти вширь и питать ель почвенными водами и другими необходимыми для дерева веществами. А если разделить свойства во времени? Пожалуйста. Дерево отрастило себе динамичный корень: сегодня он уходит вглубь и поддерживает ель, а завтра распространяется вширь и питает ель нужными веществами.

Но, — скажете вы, — опять противоречие. Если сегодня корень уходит вглубь, дерево будет стоять, но питаться не сможет и засохнет, а завтра корень раздастся вширь, появится пища, но дерево упадет…

Ну и отлично! Ведь нам и нужна фантастическая ель. Пусть так и будет — сегодня она лежит и питается, а завтра, насытившись на неделю вперед, поднимает ствол и устремляется за облака.

Впрочем, наш разговор сейчас о науке. Надеюсь, что вы и сами сумеете вспомнить не одно научное противоречие. Вот пример. Галилей утверждал, что все движения относительны, если они происходят равномерно и прямолинейно. Невозможно выделить какую-то одну систему, которая, допустим, всегда была бы в покое. Но вот сто лет назад Майкельсон измерил скорость света и показал, что она всегда одинакова — относительно любого прибора и любой системы отсчета. Возникло противоречие:

относительность есть (это доказал Галилей) и ее нет (по утверждению Майкельсона). Понадобился гений Эйнштейна, чтобы разрешить это противоречие и придумать частную теорию относительности.

Интересно, сумел бы разрешить это противоречие сам Майкельсон, если бы он знал основы теории воображения?

ЗАДАТЬ ВОПРОС

Самые интересные фантастические идеи, самые замечательные проявления воображения возникают тогда, когда приходится преодолевать какое-то противоречие.

Надеюсь, что убедил вас в этом, приведя пример с фантастическим растением. Если нет противоречия — нет и стимула для фантазии.

В ТРИЗ существует немало приемов, позволяющих избавиться от противоречия (и, естественно, получить на свою голову новое — как же иначе?). Годятся эти приемы и для решения задач по развитию фантазии. А в науке?

Инженер, сделав изобретение, изменяет прибор, инструмент, механизм — получает нечто новое, чего вчера еще не существовало. Фантаст, придумав идею, способен создать в воображении новые миры. Но ведь ученый имеет дело с природой, которая существовала всегда и в которой от того, что ученый сконструировал новую теорию, ровно ничего не изменилось. Наука меняет не объект исследований, но информацию о нем. Что изменилось в природе от того, что в метеорите, прилетевшем с Марса, обнаружены следы жизни? С Марсом не произошло решительно ничего, с метеоритом — тоже. Изменилось наше знание о мире, изменилась информация.

Ученые задают природе свои вопросы и пытаются понять ответы. Нужно иметь развитое воображение для того, чтобы понять язык природы. Но не меньшую фантазию нужно иметь для того, чтобы задать природе правильный вопрос. "Правильным" же вопрос может быть только в одном случае — если он связан с определенным научным противоречием.

Вы наверняка встречались с выражением: "Чтобы правильно задать вопрос, нужно хотя бы наполовину знать ответ". По сути, эти иная формулировка того, о чем говорилось выше.

Когда Эйнштейн "спросил" у природы, может ли материальное тело двигаться быстрее света, великий физик наверняка уже подозревал, что ответ будет отрицательным. Это был правильный вопрос, и на него был получен правильный ответ. Знаете, почему?

Во-первых, существовало противоречие (между опытом Майкельсона и известными физическими теориями).

Во-вторых, в морфологическом ящике "скорость света" существовало всего две (вот редкий случай!) клеточки. Одна "скорость света зависит от системы отсчета", и вторая: "скорость света ни от чего не зависит". Причем первую клеточку уже успел исследовать Майкельсон и доказать, что реальности она не соответствует.

По сути, у Эйнштейна не было выбора — он должен был "задать" природе именно этот вопрос, и он этот вопрос задал. Ответ не замедлил появиться.

Но почему к такому же выводу не смогли придти современники Эйнштейна — Лоренц и Пуанкаре? Ведь информации у них было столько же, сколько у Эйнштейна!

Психологическая инерция, господа. Существовало противоречие, и существовал выбор — из двух клеток. Но разве простота выбора делает его легче? Из двух возможностей часто бывает труднее выбрать, чем из десятка или сотни. Человеку с развитым воображением сделать выбор легче — он знает, что выбирать нужно то, что кажется самым противоречивым. И знает, как потом с этим противоречием расправиться…

Иными словами, человек с развитой фантазией знает, какой вопрос нужно "задать" природе, и умеет пользоваться приемами, позволяющими понять ответ.

Американский фантаст У.Моррисон около полувека назад написал рассказ "Мешок". На далекой планете астронавты обнаружили мыслящее существо, имеющее форму мешка.

"Мешок" отвечает на любой вопрос — быстро и точно. К "мешку" выстраивается очередь, люди записываются на годы вперед. Но чужой разум недоволен. Не тем, что люди задают много вопросов, и ему приходится работать круглые сутки. Нет, усталости "мешок" не знает. Но люди задают не те вопросы, какие нужно задавать. А какие нужно задавать? Моррисоновский "мешок" — своеобразный аналог природы, которой ученые задают вопросы, умные и не очень. "Мешок" недоволен "неправильными" вопросами. Что ж, попробуйте придумать самый правильный вопрос, который следует задать "мешку". А чтобы проверить ваше решение, перечитайте рассказ.

ЗАГАДКА ОРЛА

Итак, по мнению мешка, люди спрашивают вовсе не то, что нужно. А что нужно-то? Казалось бы, у каждого свои вопросы, а все люди разные. Но в том-то и дело, что есть один универсальный вопрос, но подумать именно о нем мешает психологическая инерция. Вопрос действительно прост — нужно спросить у мешка: "Какой вопрос я должен задать тебе?" И тогда мешок сам подскажет вам самый нужный вопрос и тут же даст нужный ответ.

Вот так и ученые стоят перед загадками природы и зачастую не знают, о чем спросить. А природа знает все вопросы и все ответы, но не спешит с подсказками.

Одна из загадок — пресловутые НЛО. На мой взгляд (и об этом я уже писал), объявлять НЛО кораблями пришельцев на том основании, что мы не знаем, что же это такое на самом деле, может лишь человек с небогатым воображением. Природа, видите ли, обладает фантазией, которая во много раз превышает воображение наших любителей связывать НЛО с инопланетными цивилизациями. Часто даже опытные "специалисты по воображению" попадают впросак.

Вот пример. Еще в середине семидесятых годов минский специалист по РТВ В.Цуриков решил воспользоваться методами развития фантазии для того, чтобы ответить на вопрос: как отличить сигнал внеземного разума от всех прочих космических сигналов? Главное — должно быть противоречие, — решил В.Цуриков. Сигнал, несомненно, должен быть природным, в виде, например, света или радиоизлучения (ведь мы должны его зарегистрировать своими приборами!), ив то же время этот сигнал должен быть невозможным, чтобы стало сразу ясно его искусственное происхождение. Сигнал должен иметь, по крайней мере, две характеристики, каждая из которых в отдельности выглядит вполне естественной, но вот вмести они в принципе наблюдаться не могут. И если будет обнаружен именно такой сигнал с двумя противоположными характеристиками, значит…

Какими характеристиками обладает космический сигнал? Любой астроном скажет сразу: в его спектре наблюдаются линии, которые смещаются в голубую сторону, если объект приближается к нам, и в красную, если объект удаляется. Никакой предмет не может одновременно приближаться к нам и удаляться от нас, верно? Значит, если будет найдено такое излучение, в спектре которого видны линии, смещенные как в красную, так и в синюю стороны, то ясное дело — такого в природе быть не может, этот сигнал послан к нам иным разумом.

Не правда ли, логичный вывод? И главное, сделанный по всем правилам не только развития фантазии, но и создания научных гипотез. Не прошло, как говорится, и полгода, как такой именно объект был обнаружен на небе, в созвездии Орла. Неяркая звездочка, и в ее спектре одни линии показывали, что звезда приближается к нам со скоростью 100 тысяч километров в секунду (!), а другие — что она удаляется со скоростью 80 тысяч км/сек. Может ли быть более блестящее подтверждение предсказанию?

Не может. Да и не стало это открытие подтверждением предсказания В.Цурикова — природа оказалась более разнообразной, чем воображал человек. Объект SS 433 в созвездии Орла оказался… прозрачным. Это газовая струя, бьющая из компактной звезды по двум направлениям — к нам и от нас. Мы наблюдаем и ту струю, что удаляется (красное смещение), и ту, что приближается (голубое смещение). И никаких "зеленых человечков"…

Жаль, конечно, что контакт с иной цивилизацией не состоялся. Как за десять лет до того не состоялся другой контакт — ведь, когда в 1967 году впервые обнаружили строго периодические космические радиосигналы, английские астрономы тоже решили, что это "маленькие зеленые человечки". Оказалось, нет — так были открыты известные сейчас всем нейтронные звезды-пульсары.

Вот я и думаю: не торопятся ли наши уфологи объявить кораблями пришельцев неопознанные пока летающие объекты? Идет своеобразное соревнование: чья фантазия богаче? Фантазия природы, посылающей НЛО в небо Земли, или фантазия людей, которые это явление интерпретируют?

По-моему, пока природа дает людям фору. А что думаете вы?

ХИМИЯ И ПЕНИЕ

По идее, мы знаем уже достаточно приемов для того, чтобы делать научные открытия. Если, конечно, знать, в какой именно науке должно быть сделано открытие, и хотя бы немного изучить эту науку… на уровне, скажем, доктора или профессора.

Не нужно пугаться, я не призываю читателей срочно поступать в университет. Все гораздо проще. Давайте для начала сделаем небольшое открытие в химии. А если быть совсем точным, давайте используем знакомые нам приемы для того, чтобы объяснить, как было сделано уже сделанное открытие.

В одной из химических лабораторий было обнаружено странное явление: некая химическая реакция в герметически закрытой колбе происходила только в том случае, если опыт проводил сотрудник Икс. Более того, реакция проходила нормально только тогда, когда этот Икс находился в лаборатории один — в присутствии других сотрудников реакция не шла, даже если Икс стоял рядом с колбой. Почему?

Естественно, беднягу Икса первым делом обвинили в фальсификации научных результатов. Казалось бы, вполне вероятное объяснение, особенно если учесть, что в присутствии остальных сотрудников реакция проходить не желала. Однако Иксу удалось оправдаться, репутация его как научного работника никогда прежде сомнений не вызывала. Тем не менее, таинственная реакция вела себя все так же странно.

Сотрудники лаборатории (Икс, конечно, тоже принимал в этом участие) проблему решили и сделали научное открытие. Действовали они методом проб и ошибок и потратили на поиск решения то ли месяцы, то ли даже год. Нам понадобится меньше времени — используем методы ТРИЗ и РТВ.

Сначала сделаем наоборот. В условии говорилось, что реакция проходила только в присутствии сотрудника Икс, и требовалось найти объяснение. Поступим наоборот — заставим Икса совершить нечто такое, чтобы воздействовать на реакцию, проходящую внутри герметической колбы. Открывать колбу и подливать какие-то реактивы нельзя — мы ведь договорились, что Икс был честным человеком. Что остается?

Остается применить вепольный анализ, если вы еще не забыли, что это такое. Любая техническая (и научная тоже!) система состоит из веществ и связанных с ними полей. Обычно изобретатели, раздумывая над проблемой, про поля попросту забывают. Между тем, не принимая во внимание поля, ни изобретение не сделаешь, ни новое явление не откроешь.

Поскольку Икс не мог изменить состав раствора в колбе, он мог воздействовать на нее только с помощью каких-то полей, не так ли? Какие поля могли быть использованы? Гравитационные и слабые исключаются сразу — они слишком специфичны, попробуйте-ка изменить поле тяжести в пределах лаборатории! А ведь бедняга Икс, судя по всему, даже не подозревал, что действует на колбу каким-то полем…

Что еще? Тепло. Да, это возможно, но честный ученый Икс утверждал, что не нагревал колбу, не ставил ее в холодильник, и вообще, в лаборатории все время поддерживалась строго постоянная температура, как и было нужно. Электричество? Может быть, одежда Икса была наэлектризована, и электрическое поле влияло на реакцию? Нет, и этого не происходило, Икс был одет в самую обычную рубашку и, если верить ему, то вообще не подходил близко к колбе.

Что остается? Остается акустическое поле, звук. Икс… пел. У него был хороший баритон, и он любил распевать. Но петь при всех он стеснялся, и открывал голос лишь тогда, когда оставался в лаборатории один. Именно звук действовал на скорость прохождения реакции в колбе! Естественно, когда в лаборатории были другие сотрудники, Икс молчал, звук на химические вещества не действовал, и реакция не шла. Но стоило всем покинуть комнату, как…

Открытие было зарегистрировано. И, если бы химики были знакомы с основами теории развития фантазии, им не понадобились бы месяцы, чтобы сделать это открытие. А есть ли другие открытия, сделанные с применением теории решения изобретательских задач или теории развития воображения?

Есть, конечно. Автором нескольких открытий стал, например, Г.Головченко из Екатеринбурга (впрочем, в те годы город еще назывался Свердловском). Головченко — инженер, специалист по ТРИЗ, а открытие сделал в области ботаники.

Как-то во время семинара подошли к Головченко студенты-биологи и спросили, можно ли использовать ТРИЗ в биологии.

— Можно, — не колеблясь, ответил Головченко.

Рассуждать он начал, как говорится, "от печки". Какой закон — самый важный в развитии технических систем? Мы уже знаем: это закон идеальности. Каждая техническая система стремится в своем развитии к идеальному состоянию, к ИКР (если использовать формулировки ТРИЗ). Почему не предположить, что и научная система стремится к тому же — к состоянию идеала? Если так, то каждая биологическая система (например, растение) должна, развиваясь, приближаться к идеальному состоянию.

Каким образом приближается к ИКР техническая система? Изобретателям это хорошо известно: с помощью использования всех возможных ресурсов. Значит, и идеальное растение должно использовать максимум природных ресурсов максимально эффективным образом.

Какие природные ресурсы использует растение? Свет, воду, питательные вещества из почвы — это первое, что вспоминается из учебника биологии для средней школы. Надо сказать, что свет используется растениями очень эффективно — люди еще не научились делать это так же успешно. Нет для растений жизни и без воды и почвы… А что еще?

Еще — ветер, который разносит семена.

Но, если солнце, вода и питательные вещества используются растениями постоянно, то ветер — лишь раз в году. Лишь однажды в год, когда созревают семена, нужен растениям ветер.

Почему? — спросил Головченко. Спросил, естественно, себя, потому что биологи лишь пожали плечами: так, мол, распорядилась природа…

Не может того быть, — подумал специалист по ТРИЗ. И применил известный нам прием: если действие прерывисто, сделай его непрерывным. Иными словами, Го ловченко пришел к выводу: растения используют ветер НЕПРЕРЫВНО, а ученые об этом не знают.

Это, конечно, еще не открытие. Это — гипотеза, сделанная с помощью ТРИЗ. Гипотезу нужно было доказать.

Головченко поставил эксперимент. Он взял два черенка, на каждом из которых было по два листика, и опустил черенки в стаканы с подкрашенной жидкостью. Один черенок оставил в покое, а листья второго целый час раскачивал, поддерживая пинцетом, — так изобретатель имитировал "работу" ветра. Потом он разрезал оба черенка вдоль и увидел: в том черенке, листья которого непрерывно двигались, подкрашенная жидкость поднялась значительно выше, чем в контроль ном. Так было доказано: ветер, который шевелит листья растений, тем самым помогает им "качать" из почвы питательные вещества. Если ветра нет совсем, питательные вещества поднимаются плохо. Разумеется, биологи быстро нашли объяснение этому феномену и даже удивились — почему не подумали об этом раньше? Попробуйте сами, вслед за биологами, объяснить открытие Головченко — для этого нужно знать биологию и физику на уровне седьмого-восьмого класса.

Вы думаете, что Головченко, порадовавшись нежданному открытию, на этом остановился? Ошибаетесь. Использование ресурсов — важный закон развития технических систем, но ведь не единственный же! Есть еще один закон — каждая техническая система представляет собой веполь.

В любой технической системе непременно существуют два "вещества", которые взаимодействуют друг с другом при помощи "поля". Но только ли в технических системах действуют веполи?

Головченко не ставил больше экспериментов, а засел за литературу по биологии. И узнал, например, что питательные вещества откладываются в растениях там, где ветви соединяются со стволом, или листья — с веткой. Почему именно там? Биология ответа не давала, и Головченко нашел его сам.

Давайте рассуждать. Веполь — это два вещества, взаимодействующие друг с другом с помощью какого-то поля. Вещества у нас есть. Это, во-первых, ветки растений, а во-вторых, разные химические соединения, необходимые растениям в качестве пищи. А поле?

Начнем с самого простого — механического. И сразу сделаем открытие, точнее, повторим его вслед за инженером Головченко, который занимался этой проблемой двадцать лет назад. Ветер! Ветер — это механическая энергия. Ветер, который колышет листья растений, помогает им аккумулировать питательные вещества. Там, где ветер совершает наибольшую работу — в местах соединений листьев с ветвями, а ветвей со стволом, — откладывается больше всего питательных веществ.

Я надеюсь, что мой рассказ о том, как инженер Головченко сделал открытие в биологии, не привел читателей к мысли, что все так просто! Конечно, Головченко потратил немало времени, читая книги по биологии растений и разбираясь в том, где и как действуют привычные веполи. Главное, что изобретатель, приступая к делу, уже представлял себе приблизительно, в чем будет состоять открытие! Он не действовал, как коллеги-ученые, методом проб и ошибок.

А собственно, почему инженер заинтересовался вдруг биологией? Вовсе не вдруг, ТРИЗ давно уже ищет в развитии биологических систем законы, которые могли бы лучше понять законы развития технических систем. Технические и биологические системы довольно часто "поступают" совершенно одинаково. Помните задачи о пауках? Эти не очень приятные существа решали свои биологические проблемы так, будто были специалистами по ТРИЗ!

Когда-то, лет сорок назад, когда теория решения изобретательских задач еще только начинала развиваться, существовал даже такой прием: если техническая задача не решается, попробуйте найти аналог в биологии. Может, наши природные собратья такую же задачу уже решили?

Возникла целая наука — бионика, поиск природных прототипов технических систем. К примеру, когда изобрели ультразвуковую локацию, выяснилось, что нечто подобное давно используют летучие мыши. А реактивный способ передвижения первым открыл вовсе не Циолковский, а… кальмары. Изобретатели начали буквально "охотиться" за кое-какими представителями животного мира, надеясь выведать приемы для решения технических задач. Дельфины, к примеру, передвигаются в воде очень быстро — слишком быстро, если учесть, что их мышцы куда слабее, чем винты подводной лодки. Тем не менее, не всякая субмарина сравнится с дельфином в скорости!

В чем дело? Начали исследовать двигательные аппараты дельфинов. Какие только идеи не возникли — от особого состава, которым смачивается дельфинья шкура, до особой формы дельфиньего носа… Но, несмотря на все усилия, создать лодку-аналог дельфина, не удалось до сих пор.

Оказалось, что куда перспективнее не искать отдельные аналогии между природой и техникой, а исследовать общие для них законы развития. Этим и занялись специалисты по ТРИЗ, знание этих законов и позволило Головченко сделать биологическое открытие.

Идея о существовании законов развития биологических систем представляется многим биологам столь же еретической, как теоретикам по психологии творчества — существование законов, по которым (независимо от нашего желания!) развиваются системы технические.

Природа, как считают многие биологи, пользуется методом проб и ошибок, создавая новые виды живых существ (я не говорю сейчас о другой возможности объяснения возникновения жизни и разума!). И если ТРИЗ полагает этот метод устаревшим, если и в науке уже этот метод отживает свое, неужели природа продолжает им пользоваться?

БЕЗ ОШИБОК?

Если какая-то закономерность существует в технике, может, есть она и в природе? Исследователи и создатели ТРИЗ сумели установить, по каким законам развиваются технические системы, создаваемые людьми. Хотя системы создаются людьми, но (пусть это не покажется странным) развиваются они по вполне определенным законам, которые от инженеров-изобретателей не зависят. Вот, скажем, закон стремления к идеальности. Допустим, какой-нибудь изобретатель скажет: "Не буду я с этим законом считаться! Я этот мотор придумал, я буду совершенствовать его так, как хочу!"

Ничего у такого изобретателя не получится. Точнее, он сможет, конечно, изобрести для своего мотора какой-нибудь, совершенно ненужный, довесок. Но, если изобретатель не будет считаться с известными уже законами развития технических систем, то изобретения его не будут никому нужны, и никто никогда не станет их реализовывать.

Итак, технические системы искусственны, но законы их развития очень даже естественны, и от желания человека не зависят. А как с развитием природных систем — животных и человека? Может быть, имеет смысл сравнить законы развития технических систем и законы естественной эволюции? Может, между ними есть что-то общее?

Давайте попробуем.

Итак, сначала изобретатели действовали методом проб и ошибок. При этом каждый изобретатель повторял ошибки своего коллеги, поскольку никаких патентоведческих журналов не существовало. Это был первый этап.

Второй этап: появились журналы со списками патентов, иизобретатели пере стали повторять чужие ошибки. Иными словами, у "метода проб и ошибок" появилась память. Но все же инженеры продолжали каждую новую пробу и каждую очередную ошибку совершать, так сказать, "в металле", изводя оборудование, и время от времени даже лишаясь жизни, если конструкция, не дай Бог, взорвется. Третий этап: от проб и ошибок "в натуре" изобретатели перешли к моделям. Вот уж действительно — лучше заранее рассчитать все, что может получиться из вашей идеи, чем рисковать аппаратурой и здоровьем.

И, наконец, четвертый, ТРИЗовский, этап: выявлены законы развития технических систем, не нужны больше ни пробы, ни ошибки, ни даже модели.

Теперь перейдем к природе, которая, как и до сих пор утверждают многие биологи, создавала жизнь и даже разум, действуя слепо и тупо методом проб и ошибок. Как неталантливый изобретатель на первом этапе. Эволюция простейших организмов миллиарды лет назад шла именно так — пробы и ошибки, причем повторялись одни и те же ошибки, а количество проб было несоразмерно сложности примитивных существ. Потом природа перешла ко второму этапу: ошибки стали запоминаться. Природа "допетрила" до полового размножения. Теперь все происходившие мутации (пробы) записывались в неявном (как говорят биологи — рецессивном) виде в генетической памяти. Так формировался генофонд, огромная библиотека, где сохранялись сведения обо всех пробах, в большинстве своем абсолютно бесполезных. Но менялись условия существования, и вдруг оказывалось, что та или иная мутация, записанная в генной памяти, может оказаться очень даже неплохой защитой. Из неявной формы информация переходила в явную…

А что третий и четвертый варианты? Вот это уже — спорные вопросы. Биология на них ответа не дает. Действительно, проводит ли природа свои пробы "в уме" — то есть не на конкретных живых существах? Но для этого у природы должен быть ум! А может, даже разум, как у изобретателя-человека? Может ли природа проводить испытания разных форм эволюции сначала не на реальных живых существах (нас с вами!), а на каких-то, как сказали бы кибернетики, виртуальных, не существующих в реальности, объектах? Современные биологи не без оснований утверждают, что у природы просто не хватило бы времени, если бы она тупо продолжала производить нелепые пробы прежде, чем создать человека. Да, если бы природа оставалась на втором этапе. А если она давно уже на третьем? Или даже на четвертом? Эта идея слишком уж фантастична. А если нет? Подумайте, используйте свою фантазию: представьте себе природу, мысленно производящую опыты по эволюции, прежде чем поставить эти опыты на живых существах.

А потом еще перейдите к четвертому этапу.

МОЗГ ЭВОЛЮЦИИ

О противоречиях в теории эволюции в последнее время пишут много. Главный вопрос: если мутации случайны, то для того, чтобы создать такое разумное существо, как человек, природе не хватит и триллионов лет, а всего-то у нее в запасе была какая-то пара миллиардов. Для религии тут вопроса нет, напротив, все ясно: если мир и человека создал Он, то Он и обдумал свой проект заранее. Но если мы захотим решить эту проблему, оставаясь в рамках материализма, то без ТРИЗ явно не обойтись…

Скорее всего лишь простейшие организмы и, в крайнем случае, самый примитивный мозг могли быть созданы методом проб и ошибок (мутациями). В технике за первыми двумя этапами следует третий: изобретатель переходит от экспериментов на "живых" механизмах к мысленным экспериментам — моделям. А если изобретатель — природа? И если изобрести ей нужно не машину для сбивания масла, а новый вид живого существа?

Может ли природа ставить мысленные опыты и потом воплощать их в жизнь? На первый взгляд — это полная чепуха, если, опять-таки, не привлекать идею Творца. Но ведь мы сейчас развиваем свою фантазию, и потому давайте не будем отвергать даже самую безумную идею — вспомните высказывание Нильса Бора…

Итак, противоречие: эволюция не может идти быстрыми темпами, потому что пробы и ошибки совершаются слишком медленно. Но эволюция идет все-таки быстрыми темпами, ибо за сотни миллионов лет прошла огромную дистанцию от динозавров до человека. Избавиться от противоречия можно, если заставить природу сначала проводить "мутации" мысленно, рассчитывая варианты, а уж потом наиболее перспективные мутации проводить в жизнь. Хочешь — не хочешь, но природе нужен мозг. Пусть даже не разум, но просто мозг как счетная машина.

Но разве в природе не реализуется именно этот вариант? Эволюция от первой живой клетки до микроорганизма, плавающего в океане, заняла больше миллиарда лет — это на первом этапе, когда природа пользовалась самым примитивным методом проб и ошибок. Еще миллиард лет заняла эволюция от микроорганизмов до ящеров. Эволюция от ящеров до обезьян заняла сотни миллионов лет. От теплокровных животных до первобытного человека — десятки миллионов. А путь от первобытного человека до нас с вами занял уже "всего" десятки тысячелетий. Эволюция все время ускоряла свой бег. А между тем, если бы природа действовала методом проб и ошибок, скорость эволюции должна была по крайней мере быть постоянной или даже замедляться!

Решение напрашивается: появился примитивный мозг, и эволюция ускорилась.

Чем мощнее становился мозг живого существа (я еще не говорю о разуме!), тем быстрее шла эволюция. Мозг, даже если он "работает" в режиме простой счетной машины, может накапливать информацию, создавать модели внешней среды, анализировать варианты взаимосвязей живого существа с внешним миром… Работа эта может совершенно не осознаваться живым существом, но все же она идет. Это и есть третий этап эволюции в природе, аналогичный развитию технических систем — переход от метода проб и ошибок к построению моделей.

Кстати говоря, ученым известно, что мозг человека (да и мозг животного тоже) использует свои мощности в очень малой степени. Да, для того, чтобы думать, мозг мог бы быть и поменьше. Но, продолжая наше рассуждение, нужно сделать вывод: нет, господа, мозг работает "на полную катушку", но мы этого не видим, не чувствуем. Мы видим только результат — эволюцию живых существ, все более быструю по мере того, как все более мощным становится мозг, эта счетная машина эволюции. Но тогда придется признать еще одну еретическую мысль: о том, что мозг может воздействовать на генетический аппарат. Не только мозг человека, но мозг обезьяны. И собаки. И паучка на ветке. А это, извините, есть давно заброшенный наукой ламаркизм. Ведь это Ламарк утверждал: у жирафа длинная шея потому, что он, бедняга, хотел достать листочки с верхних ветвей, много об этом думал, вот у него шея и выросла.

Ламарк был не прав — он полагал, что организму достаточно захотеть, и шея вытянется. И все же, в некотором смысле, он был прав: мозг проводит расчеты, результаты анализа воздействуют на генетический аппарат (о котором Ламарк не подозревал), а гены в последующих уже поколениях выполняют свою работу, и рождается новый вид живых существ.

Идея для фантастического рассказа. Я вижу скептические улыбки биологов. Да, идея для фантастического рассказа, но — для какого! А фантасты, между прочим, оказываются правы гораздо чаще, чем это принято думать. Вы прочитали статью, а мозг ваш за это время просчитал десятки (или десятки тысяч!) вариантов эволюции человечества. Вам он об этом, впрочем, не сообщил, вот, что обидно. А всю информацию сразу передал генам.

Вот у них и спросите.

Часть 11

Эти фантастические открытия

Мы говорили об "открытиях", которые делает сама природа. Но и в человеческом обществе не одни лишь работники науки совершают открытия. Не нужно забывать о конкурентах — писателях-фантастах. Тонкостями научных знаний они владеют далеко не всегда, но правилами фантазирования пользуются куда лучше ученых. Это и помогает фантастам выигрывать в вечном споре с наукой.

Отношения между фантастикой и наукой в наши дни сложились непростые. Можно выделить в этих отношениях три любопытных аспекта:

Аспект первый. Идея фантаста находится вне границ современной науки. Со временем барьер сдвигается, ученые приходят к аналогичной идее, но… о фантастическом прототипе не упоминают.

Аспект второй. Фантаст пользуется знаниями о передовых достижениях науки, но привносит в них новое качество: скажем, использует лазер для разгона звездолета и передачи на борт новейшей информации (вспомните, мы уже обсуждали эту идею). И третий аспект. Перспективная идея фантаста используется учеными в модифицированной форме в зависимости от изменения научных представлений.

За более чем вековую историю современной фантастики в науке произошли по крайней мере две бурные революции: в начале XX века и во второй его половине. Революции в фантастической науке прошли не столь бурно, но тем не менее были и они.

Связаны эти революции с появлением в фантастике идей, в корне меняющих представления авторов (да и ученых!) о мироздании, идей, создававших новые миры, новые исследовательские и литературные поля. Это были открытия сродни теории относительности! Но… они были сделаны героями фантастических произведений (точнее — их авторами).

С точки зрения как литературы, так и науки, многие открытия, сделанные фантастами, вполне достойны присуждения им официального диплома. Некоторые из этих открытий впоследствии были учеными повторены. Некоторые остались в области фантастики. Возможно, какие-то из фантастических открытий так никогда и не попадут в сферу интересов науки. Но и они свою роль сыграли (и продолжают играть!) — роль возмутителей спокойствия, роль стимуляторов творческого воображения.

Я расскажу лишь о немногих из открытий, сделанных фантастами. Открытие первое. Авторы: Ж.Ле Фор и А.Графиньи. Приоритет — 1896 год, фантастическая повесть "Вокруг Солнца". Вот совершенно точная формулировка, вполне достойная патента, которого фантасты, конечно, так и не получили: "Впервые обнаружен физический эффект, заключающийся в том, что падение светового луча на твердую пластинку (или иную твердую поверхность) приводит к возникновению у пластинки механического импульса, направление которого совпадает с направлением светового луча."

Теоретически давление электромагнитного излучения было предсказано Дж. Максвеллом в 1873 году, но первые реальные успешные опыты П.Н.Лебедева, доказавшего, что такое давление существует, были завершены лишь в 1899 году! Французские фантасты не только предсказали реальное открытие, ни и использовали его — луч света в повести "Вокруг Солнца" приводит в движение космический корабль. В сущности, французские фантасты открыли для науки новое явление, а для фантастики — новые миры. Когда пришла пора лететь к звездам, герои фантастических произведений уже имели в своем распоряжении нужную технику — фотонный звездолет. Фотонные корабли "бороздили просторы Вселенной" вплоть до середины XX века (вспомним, например, "Хиус" из повести А. и Б.Стругацких "Страна багровых туч", 1959 год), а затем на смену им пришли более совершенные корабли — мезонные, импульсные и прочие.

Фотонных звездолетов еще нет в реальности, но давление света приходится и сейчас учитывать в конструкциях некоторых космических аппаратов. Спутники Земли, на которых ставят эксперименты по проверке эффектов общей теории относительности, должны быть ограждены от всех космических влияний, кроме одного — поля тяжести. Давление солнечного света в этом случае тоже относится к вредным влияниям, и на спутники приходится ставить специальные двигатели, компенсирующие так называемую парусность.

О русском физике Лебедеве знает каждый школьник, но кто слышал о французских сочинителях Ле Форе и Графиньи, чье открытие было сделано раньше?

СТРАШНЫЙ ХРОНОКЛАЗМ

Продолжим разговор об научных открытиях, авторами которых являются писатели-фантасты.

Автор второго открытия — Г.Уэллс. Приоритет — 1896 год, роман "Машина времени". Дадим точную формулировку:

"Впервые обнаружено физическое явление, заключающееся в том, что время является независимым измерением, аналогичным пространству, и потому возможно физическое перемещение материальных предметов во времени — как в прошлое, так и в будущее". Сама идея времени как четвертого измерения не принадлежит Г.Уэллсу. Писатель присутствовал в свое время на лекции американского астронома С.Ньюкома, излагавшего научные представления о сущности времени. Открытие фантаста заключалось в том, что он стал первым, кто утверждал: во времени, как и в пространстве, можно передвигаться, причем с очень большой скоростью. Слово фантасту:

"— Однако главное затруднение, — вмешался Психолог, — заключается в том, что можно свободно двигаться во всех направлениях Пространства, но нельзя так же свободно двигаться во Времени!

— В этом-то и заключается зерно моего великого открытия. Вы совершаете ошибку, говоря, что нельзя двигаться во Времени. Если я, например, очень ярко вспоминаю какое-либо событие, то возвращаюсь ко времени его совершения и как бы мысленно отсутствую. Я на миг делаю прыжок в прошлое. Конечно, мы не имеем возможности остаться в прошлом на какую бы то ни было частицу Времени, подобно тому как дикарь или животное не могут повиснуть в воздухе на расстоянии хотя бы шести футов от земли. В этом отношении цивилизованный человек имеет преимущество перед дикарем. Он вопреки силе тяготения может подняться вверх на воздушном шаре. Почему же нельзя надеяться, что в конце концов он сумеет также остановить или ускорить свое движение по Времени или даже повернуть в противоположную сторону? — Это совершенно невозможно… — начал было Филби…

— Возможно, — сказал Путешественник по Времени. — Но все же попытайтесь взглянуть на этот вопрос с точки зрения Геометрии Четырех Измерений. С давних пор у меня была смутная мечта создать машину…

— Чтобы путешествовать по Времени? — прервал его Очень Молодой Человек. -

Чтобы двигаться свободно в любом направлении Пространства и Времени по желанию того, кто управляет ею."

Вряд ли можно перечислить здесь все произведения о путешествиях по времени, даже если отбирать только произведения высокого класса. "Хроноклазм" Д.Уиндэма, "Конец Вечности" А.Азимова, "Патруль Времени" П.Андерсона, рассказы Р.Брэдбери, Р.Шекли и еще многое другое…

Долгое время ученые полагали идею о путешествиях по времени чистейшей и неосуществимой фантастикой. Признавался только один способ оказаться в ином времени — отправиться в полет на субсветовой скорости и вернуться к потомкам. Сейчас, однако, все чаще появляются в сугубо научных журналах публикации о реальной возможности путешествий по времени, реальных конструкциях машин времени (статьи российского физика И.Д.Новикова, англичанина С.Хокинга и др.).

И вот вам задание: вспомните все, какие сможете, варианты путешествий по времени, все известные вам парадоксы. Вспомните и скажите, какие приемы РТВ были использованы авторами? Сможете ли вы, пользуясь любым из методов РТВ, придумать новую идею или ситуацию, связанную с путешествием по времени? Попробуйте.

Неужели вас не привлекает слава писателей-фантастов?

УДИВИТЕЛЬНЫЙ УЭЛЛС

Принято считать, что Жюль Верн был научным фантастом, а Герберт Уэллс фантазировал, не очень-то сообразуясь с научными представлениями. И потому идеи французского писателя оправдываются, а идеи англичанина… Разве существует уже человек-невидимка? И разве посетили уже Землю воинственные марсиане?

Между тем Уэллс, если хотите знать, был куда более научным фантастом, чем Верн. Знаете, почему? Жюль Верн прогнозировал изобретения. А Герберт Уэллс предсказывал открытия. Как по-вашему, что сложнее?

Фантазия Жюля Верна: подводная лодка "Наутилус", управляемый воздушный шар, огромная пушка. Фантазия Герберта Уэллса: путешествие по времени, антитяготение, анабиоз, атомная энергия. И кстати, чем безумнее идея фантаста, тем, как ни парадоксально, у нее больше шансов оказаться верной!

В 1897 году был опубликован роман Г.Уэллса "Война миров". Идея о марсианах вовсе не была открытием, в те годы были обнаружены на Марсе странные линии — каналы, и о марсианах писали даже такие серьезные газеты, как "Таймс". Открытие, сделанное фантастом, заключалось в другом. Уэллс был первым, кто утверждал: земные бактерии смертельно опасны для внеземной жизни. И наоборот: путешественник с Земли, оказавшись на Марсе, умрет от обыкновенной марсианской простуды.

Открываем "Войну миров" и читаем:

"Благодаря естественному отбору мы развили в себе способность к сопротивлению; мы не уступаем ни одной бактерии без упорной борьбы, а для многих из них, как, например, для бактерий, порождающих гниение в мертвой материи, наш организм совершенно неуязвим. На Марсе, очевидно, не существует бактерий, и как только эти пришельцы явились на Землю, начали питаться, наши микроскопические союзники принялись за работу, готовя им гибель. Когда я впервые увидел марсиан, они уже были осуждены на смерть, они уже медленно умирали и разлагались на ходу. Это было неизбежно".

Между прочим, знаете почему лично я не верю в многочисленных инопланетян с летающих тарелок? Именно потому, что Уэллс, безусловно, был прав: ни одно инопланетное существо не выживет в земных условиях. Не жара или холод опасны — смертельно опасны наши бактерии!

Открытие фантаста получило научное признание более чем полвека спустя (правда, никто из ученых об Уэллсе даже не вспомнил!). Когда начались первые пилотируемые полеты на Луну и автоматические полеты с мягкой посадкой на Венеру и Марс, проблема микробиологической защиты была одной из важнейших. Американские астронавты, летавшие на Луну, проходили после возвращения трехнедельный карантин — их выпускали "в мир" только после того, как убеждались, что на Землю не занесены чужие микроорганизмы. При полетах на Марс и Венеру нужна была защита от противоположной опасности — занесения земных микроорганизмов в чужую биосферу. Не обошли проблему и фантасты — достаточно вспомнить мастерски написанный роман Р.Крайтона "Штамм 'Андромеда'".

А вот открытие, сделанное Г.Уэллсом в романе "Первые люди на Луне" (1901 год): вещество, непрозрачное для тяготения. Писатель назвал это вещество кейворитом по имени главного героя романа. Ясное дело, когда такое вещество будет-таки создано, его назовут как-то иначе, и о приоритете фантаста, скорее всего, в очередной раз забудут.

Правда, ученые — наши современники полагают, что создать вещество, экранирующее тяготение, невозможно, поскольку и материя, и антиматерия обладают свойством притяжения, а не отталкивания. Кроме того, использование кейворита не может дать и энергетической выгоды — чтобы отгородить от поля тяжести Земли брусок массой 1 кг с помощью кейворита, нужно затратить ту же самую работу, что и по доставке этого бруска в космос с помощью ракеты! Есть, однако, у кейворита одна особенность, которая позволяет фантастическому открытию жить, — удобство использования. Не нужны громоздкие ракеты и тысячи тонн горючего! Открытие до сих пор кажется "безумным", но есть в нем внутренняя красота, есть и внешнее оправдание — качества, которые, по мнению А.Эйнштейна, должны быть у правильной физической теории. Значит, остается одно — ждать, что скажет об открытии Г.Уэллса наука будущего.

Пока же вещество с отрицательным тяготением используется лишь в фантастике — в "Красной звезде" А.Богданова, "Сокровище Громовой Луны" Э.Гамильтона… Попробуйте и вы пофантазировать: придумайте мир, в котором кейворит популярен так же, как у нас — железо.

"ВСЕЛЕННАЯ И АТОМ"

Вышла примерно полвека назад популярная книжка с таким названием. Автор, помню, рассказывал о научных достижениях в исследовании атома и о первопроходцах этого научного направления. Назывались имена Резерфорда, Гейзенберга, Эйнштейна, Ферми. А время открытия атомной энергии — конец тридцатых годов.

Между тем открыта энергия атомов была на тридцать лет раньше. И автором открытия были не физики, а писатель-фантаст А.Богданов, опубликовавший в 1908 году роман "Красная звезда".

"Этеронеф" марсиан в "Красной звезде" имеет атомные двигатели. За пять лет до создания Э.Резерфордом планетарной модели атома А.Богданов писал о существовании атомной энергии. Кстати, это один из немногих случаев, когда важное научное открытие было прежде всего использовано в мирных целях — в двигателях межпланетного корабля. Лишь в 1913 году Г.Уэллс описал военное применение атомной энергии.

С использованием атомной энергии в фантастике связано немало интересных и удивительных совпадений. Например, В.Никольский, опубликовавший в 1926 году повесть "Через тысячу лет", писал о том, что первая атомная бомба будет взорвана в 1945 году! Г.Уэллс в романе "Освобожденный мир" (1913 год) писал о том, что первая атомная электростанция вступит в строй в 1953 году. Оба писателя ошиблись всего на несколько месяцев… Американский фантаст А.Картмилл в рассказе "Новое оружие" (1942 год) настолько точно описал устройство атомной бомбы, что ему пришлось иметь дело с ФБР, пожелавшим узнать, откуда у автора появились сведения, составляющие военную тайну…

В той же популярной книге "Вселенная и атом", которую я упоминал, рассказывалось и об идеях ученых, связывающих воедино структуру атомов со структурой Вселенной. И, естественно, автор ни словом не упомянул о том, что и это открытие было сделано воображением фантаста за полвека до его научного обоснования!

На самом деле автор открытия — американский писатель-фантаст Р.Кеннеди.

Приоритет — 1912 год, роман "Тривселенная". "Каждый атом, — писал фантаст, — представляет собой замкнутую вселенную со всеми свойствами той единственной Вселенной, которая открывается нам в мире звезд".

Как литературное произведение роман Р.Кеннеди не выдержал испытания временем, но его фантастическая идея живет. Тесная связь Вселенной и микрокосмоса проявляется в фантастике и таким образом: исследователь, воздействуя на микромир, тем самым меняет структуру Вселенной. Бомбардируя элементарные частицы, мы меняем свойства квазаров в нашем же мире…

Правомерность идеи далеко не очевидна, но ясно стремление фантастов создать своего рода "единую теорию мироздания", связывающую все структурные уровни материального мира. Такие модели описаны в рассказах В.Тивиса "Четвертое измерение" (1961 год), М.Емцева и Е.Парнова "Уравнение с Бледного Нептуна" (1964 год)…

Есть аналогичные идеи и в науке. Академик М.А.Марков писал о том, что может существовать мир, находящийся, можно сказать, на грани исчезновения для внешнего наблюдателя. Воспринимается он как элементарная частица с массой в миллионную долю грамма. Такой объект (фридмон) может заключать в себе целую Метагалактику! Вот еще одно фантастическое открытие, связанное со строением вещества. Автор открытия Ж.Верн. Приоритет — 1914 год, роман "Необыкновенные приключения экспедиции Барсака". Именно здесь впервые описано физическое явление, заключающееся в том, что в веществе, проводящем электрический ток, полностью исчезает сопротивление, и движение тока происходит без потерь. Более того — сопротивление исчезает при обычных ("комнатных") температурах. Называется это явление сверхпроводимостью.

Сверхпроводимость была открыта голландским физиком Г.Каммерлинг-Оннесом в 1911 году. Исчезновение электрического сопротивления наблюдалось, когда проводник охлаждали до температуры, близкой к абсолютному нулю. Долгое время считалось невозможным существование явления сверхпроводимости при комнатной температуре — во всяком случае, в земных условиях.

Ж.Верн умер в 1905 году, роман "Необыкновенные приключения экспедиции Барсака" хранился в архиве писателя и был подготовлен к печати его сыном. Мог ли сын, зная, вероятно, об открытии сверхпроводимости, вставить добавление в текст романа? Это осталось неизвестным. Так или иначе, речь идет об открытии. Если текст принадлежит Ж.Верну, — об открытии сверхпроводимости вообще. Если текст исправлен — то об открытии высокотемпературной сверхпроводимости. В любом случае — фантазия опередила науку…

ПРОСТРАНСТВО, КОТОРОГО НЕТ

Легко было фантазировать в прежние времена, когда наука еще не вставляла палки в колеса воображения своими многочисленными запретами! Наука для воображения — злая нянька с постоянными "нельзя!" Вот придумали люди замечательную и удобную в обиходе вещь: ковер-самолет. Невозможно, сказали ученые. Ковры сами по себе не летают. Придумали люди шапку-невидимку. Невозможно, сказали ученые, полная невидимость не существует в природе. Вот и фантазируй, когда тебе постоянно говорят "нет, так не нужно делать".

Между тем, на самом-то деле все, все, как раз наоборот. Для настоящей творческой фантазии научные запреты — как красная тряпка для быка. Прочитав об открытии нового закона природы, писатель-фантаст думает о том, как бы этот закон обойти. И приемы развития воображения, которые мы уже изучили, помогают фантастам придумывать идеи, которые потом ученые либо долго (и часто безуспешно) опровергают, либо подтверждают в своих экспериментах.

Не бывает ковров-самолетов? Верно, но вот придумал Уэллс странное вещество "кейворит", и ученые вполне серьезно обсуждают, возможно ли создать такое вещество на практике.

Не бывает шапок-невидимок? Конечно, но тот же Уэллс написал "Человека-невидимку", и попробуйте теперь убедить любого читателя в том, что не существует химических веществ, способных сделать невидимым вещество нашего тела! Сейчас таких веществ нет, а завтра?

Пока Эйнштейн не связал фантастам крылья своим утверждением о том, что скорость света — предел скоростей, герои фантастических историй могли перелететь на Марс за долю секунды. После 1905 года сказано было — "нельзя", и фантасты приуныли. Действительно, если скорость света — предел, а до ближайшей звезды свет летит больше четырех лет, то как же писать о полетах в иные миры? Неужели далекие звезды потеряны для литературы?

Казалось бы, так оно и есть. Фантасты были так обескуражены идеями Эйнштейна, что даже не пробовали писать о межзвездных полетах. Лишь в 1927 году не кий Д.Смит в очень скучном романе "Космический жаворонок" отправил своих героев к звездам. Возможно, роман потому и оказался скучным, то летели герои к звездам много лет, скучно было героям, скучно стало автору, а читателям — подавно. Требовалось фантастическое открытие! Необходимо было что-то противопоставить законам, которые открыл Эйнштейн.

Это открытие сделал американский фантаст Джон Кемпбелл, опубликовавший в 1934 году роман "Ловушка". Кемпбелл открыл гиперпространство.

Если бы фантастам выдавали патенты на сделанные ими открытия, то Кемпбелл получил бы удостоверение с таким описанием: "Впервые обнаружено физическое явление, заключающееся в том, что существует измерение пространства (гиперпространство), передвигаясь в котором можно мгновенно преодолевать любые расстояния в пространстве трех измерений".

Принцип весьма прост. Скорость света — предел скорости в нашем трехмерном пространстве. Увеличим число измерений пространства (прием увеличения!), и получим гиперпространство, в котором ограничения Эйнштейна, естественно, не действуют! Выйдя в гиперпространство, звездолет в один момент оказывается в иной звездной системе, там он опять "опускается" в наше обычное пространство, где и продолжает лететь, подчиняясь законам Эйнштейна.

Впоследствии фантасты писали о над-, под-, нуль- и прочих пространствах, ничем не отличавшихся от гиперпространства Кемпбелла. Принцип один: использование для движения неких, пока неизвестных, измерений пространства.

А как ответили на этот вызов ученые? В научной литературе последних десяти лет уже не редки работы, описывающие космос как структуру многомерную. Количество измерений пространства, вводимых авторами (не фантастами!), достигает десяти и более. Физическое четырехмерное пространство-время является как бы проекцией, доступной нашим органам чувств и приборам. Вопрос о том, является ли это многомерие лишь математической абстракцией, пока открыт. Не исключено, однако, что идея гиперпространства станет реальностью науки. Для фантастики же открытие Д.Кемпбелла сыграло огромную роль, и не только потому, что позволило героям фантастических произведений летать от звезды к звезде, как из Москвы в Париж. Исподволь воздействуя на читателя, литература приучает его к мысли о гораздо большей сложности мироздания, чем это предполагает обыденное сознание…

ВЕЛИКИЙ УСКОРИТЕЛЬ

Взаимоотношения науки и научной фантастики напоминают увлекательную игру — кто кого перефантазирует. Ученые делают ход, открывая какой-нибудь закон природы. А фантасты говорят "а мы вот так", и делают свое открытие, обходя научный закон. Время от времени фантасты перехватывают инициативу и делают свое открытие первыми, и тогда отбиваться приходится ученым. Победителей в этой игре, к счастью, нет, хотя, если послушать ученых, то в первенстве науки никто и не сомневается.

Эйнштейн сделал ход: открыл, что существует предел скоростей — скорость света. За фантастов ответный ход сделал Кемпбелл — открыл гиперпространство.

Но ведь в любой игре — а в споре воображений подавно! — ходы могут быть сильными и слабыми. Кемпбелл сделал ход, но было ли это сильным ответом на открытие Эйнштейна?

Вроде бы — да, ведь и до сих пор герои фантастических произведений прокладывают курс к звездам именно в гипер-, нуль-, над-, под- и прочих пространствах. А между тем, если разобраться, это не такой уж сильный ход, не столь уж большое воображение нужно было иметь, чтобы к трем измерениям пространства добавить еще одно, о котором ровно ничего не известно. Куда сложнее было при думать, как обойти Эйнштейна не где-то там, в гиперпространстве, а в нашем, привычном, о котором ученым известно почти все.

Сильные ходы — это такие ходы, которые могут изменить течение всей партии. И такие ходы были сделаны. На чем покоится фундамент всей науки? На законах природы, разумеется. Вот на них-то и покусились фантасты.

В 1960 году Г.Альтов опубликовал рассказ "Полигон "Звездная река". Герой рассказа (на самом деле, естественно, автор) сделал открытие, которое можно сформулировать так: "Впервые обнаружено физическое явление, заключающееся в том, что при определенном (например, импульсном) характере излучения света скорость его распространения может быть больше, чем 300 тысяч км/сек".

Если нельзя нарушить постулат Эйнштейна, и звездолетам никогда не преодолеть световой барьер, существует иная возможность достижения звезд в минимальные сроки. Это — увеличение скорости света. Казалось бы, фантастика вступает здесь в конфликт с основами науки, и открытию Г.Альтова суждено навсегда остаться в арсенале фантастики: ведь речь идет об изменении одной из немногих фундаментальных мировых постоянных!

Однако нам, в сущности, неизвестны экспериментальные данные о величине скорости света в отдаленных областях Вселенной или при экстремальных характеристиках материи. В шестидесятых годах, говоря об "открытии" Альтова, физики лишь пожимали плечами. Но сейчас-то каждый физик знает, что при плотностях вещества, намного превышающих плотность атомного ядра, известные нам законы природы попросту не действуют! А какие действуют? "Не знаем", — разводят руками физики. Значит, в принципе, при таких огромных плотностях, или на таких маленьких расстояниях, скорость света может быть и больше 300 тысяч км/сек? "Ну… — говорят физики, — в принципе, этого нельзя исключить…"

Значит, открытие Альтова имеет шанс оказаться истиной! А ведь использован опять очень простой прием — увеличение. Увеличена фундаментальная физическая постоянная — скорость света. Лишь будущие исследования покажут, станет ли открытие фантаста элементом реального научного знания.

А почему, собственно, пользоваться приемом увеличения, забывая о других? Почему этим приемом воспользовался Альтов, понятно — его целью было придумать способ достижения звезд. Но если фантазировать, то (мы уже много раз говорили об этом!), нельзя ограничивать воображение каким-то одним приемом.

Почему не уменьшить скорость света и не поглядеть, что из этого получится? А получился из этого рассказ А.Беляева "Светопреставление", опубликованный еще в 1929 году. В этом рассказе Земля проходит через некую область пространства, где скорость света составляет всего несколько сантиметров в секунду. Думаю, те, кто читал рассказ, помнят, сколько неприятностей пришлось пережить его персонажам. А для тех, кто рассказа не читал, хорошее упражнение: представьте себе мир, в котором скорость света равна 1 метру в секунду. Какой станет жизнь? А отношения между людьми? Да, в таком мире отношения людей друг с другом будут зависеть от скорости света! Как? Это — предмет вашей фантазии.

ЗАКОН ЕСТЬ ЗАКОН

Когда А.Беляев в 1929 году опубликовал рассказ "Светопреставление", никто (и сам автор тоже) не отнесся к идее уменьшения скорости света, как к серьезному научному предсказанию. Просто любопытный пустячок на тему о том, что было бы, если…

Когда в 1960 году Г.Альтов опубликовал рассказ "Полигон "Звездная река", идею о том, что "кое-где у нас порой" свет может двигаться быстрее, чем со скоростью 300 тысяч км/сек, сочли антинаучной, но, во всяком случае, не пустячком, о котором и говорить не стоит.

Между тем фантасты еще далеко не все "выжали" из этой группы идей — идей о законах природы. Ведь использованы были только два самых простых приема развития фантазии из числа тех, которые уже нам знакомы: ускорение и замедление. Почему же ученые сочли идеи Беляева и Альтова слишком уж смелыми и ненаучными? Да по простой причине: фантасты посягнули на незыблемые мировые постоянные! По сути — на сами законы природы. Это никому не прощается — вспомним, как относятся ученые к изобретателям вечных двигателей…

Но, господа, наша задача — развитие фантазии. Нам нужно придумать идею, а уж ввести ее в рамки науки мы успеем потом. Кстати, довольно часто бывает, что не фантастическая идея вводится в научные рамки, а наоборот — со временем научные рамки раздвигаются до границ фантастической идеи.

Что ж, давайте используем более сильные приемы, чем "ускорить" или "замедлить". Например — сделать универсальным.

Скорость света — один из законов природы. Прием универсализации требует: если вы уже попробовали изменить скорость света, сделайте то же самое со всеми законами природы без исключения! Именно так поступил герой рассказа П.Амнуэля "Все законы Вселенной" (1968 год). Он сделал "открытие": доказал, что законы природы можно изменять, и что существуют некие законы, по которым можно изменять законы природы. Герой Амнуэля не ограничился изменением скорости света, он покушался еще на постоянную тяготения, на законы электричества. Казалось бы, совершенно ненаучная фантастика. Но… на грани. Сейчас мы уже знаем, что в микромире законы природы носят статистический характер, то есть выполняются с некоторой вероятностью. Вообще говоря, могут выполняться, а могут и нет…

Физик, конечно, скажет, что происходящее в микромире не имеет отношения к законам нашего, "большого" мира, и будет прав. Но и фантаст будет прав, когда скажет в ответ, что, если нечто возможно в принципе где бы и когда бы то ни было, то, значит, нет универсального запрета. Как говорится, "невозможное сегодня станет возможным завтра". И не в последнюю очередь, кстати, благодаря совершенно "антинаучным" фантастическим идеям Беляева, Альтова и Амнуэля, которые призваны были расшевелить воображение, работу творческой фантазии… Впрочем, развитие идеи об изменении законов природы можно найти пока только в фантастической литературе. К примеру, герои повести Амнуэля "Крутизна" (1974) работают на полигоне, где ставятся эксперименты по изменению закона всемирного тяготения, эта же идея легла в основу повести Г.Гуревича "В зените" (1980), а еще в одной повести Амнуэля "Бомба замедленного действия" (1990) рассказывается о страшном оружии будущего — бомбе, способной изменять законы природы на территории противника. Пожалуй, более страшное оружие действительно трудно придумать. Кроме, конечно, полной аннигиляции — есть ведь в фантастике и такие бомбы, которые, как пишут авторы, "аннигилируют" целые планеты и звезды. Но в "аннигиляции", как ни странно, нет фантазии. Просто автору хочется побыстрее избавиться от противника, а слово выглядит для этого вполне подходящим…

Иное дело — бомба, изменяющая законы природы. Это действительно — полигон для воображения. Попробуйте сами представить себе, что получится, если некий безумный изобретатель создаст бомбу, способную, например, изменять одну из самых "простых" мировых постоянных — постоянную тяготения. Бах! — и в столице вражеского государства сила тяжести стала в сто раз больше.

Что произойдет? Подумайте, потренируйте фантазию…

ЭКОЛОГИЯ ВСЕЛЕННОЙ

У фантастической науки есть свой собственный путь развития, есть своя логика. Это, кстати, очень любопытный феномен, пока не исследованный ни учеными, ни писателями, ни критиками. Почему в науке примерно в одно и то же время рождаются одинаковые идеи — это мы знаем: если открытие или изобретение назрело, то его может сделать ученый или инженер как в Америке, так и в Австралии. Но почему в фантастике вдруг появляются идеи, казалось бы, из логики развития науки вовсе не следующие? Даже больше — противоречащие науке?

Изменение законов природы — идея фантастическая и совершенно (пока!) антинаучная. Проследим, как эта идея развивалась. Сначала — уменьшение и увеличение скорости света (Беляев, Альтов), робкая попытка изменить один-единственный закон природы. Затем, естественно, начинается обобщение — герой Амнуэля меняет уже не один закон природы, а много законов сразу.

Какой должна быть следующая идея? Разве не ясно: очередное обобщение — не только человек может менять законы природы, но и другие цивилизации тоже этому научились.

Рассказ Альтова был опубликован в 1960 году, рассказ Амнуэля — в 1968. А в 1971 году С.Лем опубликовал эссе "Новая космогония", в котором сделал очередное фантастическое "открытие": известные нам законы природы, утверждал фантаст, являются результатом совместной деятельности внеземных цивилизаций.

Иными словами, польский фантаст воспользовался известным приемом "сделать искусственным". Наука полагает, что законы природы — естественное свойство материи? Ну, так сделаем их искусственными. И другой важный принцип фантазирования соблюден — помните, мы говорили, что изменять прежде всего нужно то, что, казалось бы, никаким изменениям не поддается? Законы природы — из этой категории "неизменяемых" объектов.

Разумеется, реальных доказательств искусственного происхождения законов природы не обнаружено, но фантастическое открытие С.Лема не противоречит и логике науки, нарушая разве что известный принцип "бритвы Оккама" — не умножать сущностей сверх необходимого. Фантаст логически последовательно создает ситуацию, настолько парадоксальную, что читатель не может не задуматься. Модели мира, подобные той, что создана Лемом, заставляют воображение активно работать, а разве не в этом цель писателя-фантаста?

В фантазии Лема внеземные цивилизации изменяют, конструируют законы природы, руководствуясь собственным пониманием того, какими должны быть эти законы. И тут напрашивается следующий шаг в развитии идеи.

Представим себе, что множество цивилизаций во Вселенной меняют законы природы так, как представляется нужным каждой из них. "Одному для межзвездных полетов понадобилось ускорить свет. Другой пожелал изменить закон тяготения. Третий занялся переустройством квантовых законов… И мир менялся. Как мы когда-то оправдывали уничтожение лесов, так и те, могущественные, оправдывали нуждами развития хаос, приходивший на смену порядку".

Так говорит герой рассказа Амнуэля "Преодоление" (1981). И продолжает свою мысль: "Мы живем в пору экологического кризиса, охватившего всю Вселенную". А ведь действительно! Мы с вами вырубаем леса, изводим целые виды животных — потому что нам нужно дерево и меха. А куда более могущественные цивилизации, научившиеся менять законы природы?

Подумайте: ученые (не фантасты!) не могут ответить на простые вопросы о мироздании — почему скорость света именно 300 тысяч км/сек, а не какая-то другая? Почему ускорение пропорционально силе? Мы говорим, что энергия сохраняется, но — почему? Наука не только не дает ответа, но и сами вопросы задать не решается. Почему действие равно противодействию? "Так природа захотела, а зачем — не наше дело, почему — не нам судить"…

Фантастика на эти кощунственные вопросы ответила. "В законах природы нет единства, потому что они искусственны. (Это я опять цитирую рассказ "Преодоление"). Давно, задолго до возникновения рода людского, законы мироздания бы ли иными, более стройными. Но когда-то во Вселенной впервые возникла жизнь… Разум. "

Вот разум-то все и напортил. И нам уже не ответить на вопрос: какими были законы мироздания, когда произошел Большой взрыв…

Попробуйте-ка сами теперь "сыграть" за другие цивилизации. Одна из них меняетзакон сохранения массы, другая — первый закон Ньютона. И что получится? В каком мире мы окажемся?

А какой закон природы изменили бы вы сами, если бы имели такую возможность?

ОЧЕНЬ ЧЕРНОЕ ТЕЛО

В науке часто бывает так, что одинаковые открытия практически одновременно делают ученые, живущие в разных странах. В научной фантастике, которая, как мы выяснили, имеет с наукой немало общего, новые одинаковые идеи рождаются с меньшей частотой. И это естественно: фантастика это все-таки художественное творчество, в гораздо большей степени, чем наука, зависящее от личности автора. Русский фантаст Борис Красногорский, к примеру, в 1913 году описал в своей повести космический парусник — межпланетный корабль без двигателя, но с огромным, во много квадратных километров, парусом из тончайшего металла.

Солнечные лучи, подобно океанскому ветру, надувают этот парус, и космический корабль устремляется вдаль с огромной скоростью. Ну, относительно огромной скорости фантаст преувеличил (что вполне простительно), но ведь замечательная и красивая была идея, опередившая науку на полстолетия! Но почему братья-писатели не подхватили эту идею сразу же? Почему в те же годы не появились аналогичные идеи других фантастов? В науке такое невозможно: если открытие сделано, идея высказана, наука просто не может развиваться, не взяв эту идею на вооружение — конечно, если идея правильная.

Вот, чем отличается наука от простого фантазирования: наука развивается по куда более жестким законам, нежели фантастическая литература.

По жестким законам развивается и техника — эти законы нашли свое отражение в ТРИЗ: теории решения изобретательских задач. Если аналогичные законы есть в науке, то где же ТРНЗ — теория решения научных задач?

Общей теории, равно приемлемой для любой научной задачи (как в ТРИЗ), в науке еще нет — видимо, свой Альтшуллер еще не родился. Но давайте попробуем сформулировать хотя бы возможные пути, по которым следует двигаться, чтобы такую теорию создать!

Прежде всего, любая научная теория, оказывается, проходит в своем развитии те же стадии, что и техническая система: зарождение, бурный рост, торможение и остановка. И еще мы знаем, что одна научная теория сменяет другую потому, что появляются противоречия, которые старая теория разрешить не может. В технике, если вы помните, то же самое — если нет противоречия, то и изобретение сделано не будет. О технических противоречиях, которые привели к появлению великих изобретений, мы как-то уже говорили. А что в науке?

В физике существует понятие черного тела. На самом деле "черное тело" может быть очень даже ярким и белым, но название свое получило потому, что полностью поглощает любое излучение. Так вот, еще в прошлом веке было известно, что черное тело способно излучать свет любой длины волны, но — строго определенным образом. Что значит — определенным? Кто определил?

Сначала в 1893 году физик В.Вин, пользуясь термодинамикой, вывел формулу, пользуясь которой каждый человек, даже не будучи гением, мог описать, как же излучает пресловутое черное тело. Экспериментаторы немедленно проверили эту формулу и сказали: да, формула правильная, но… только в области коротких волн. А затем в 1900 году другой физик В.Рэлей, пользуясь той же термодинамикой (вот универсальная наука!), вывел другую формулу, совсем не похожую на формулу Вина, и сказал: вот формула излучения черного тела. Экспериментаторы проверили и эту формулу и удрученно заявили: да, господа, формула правильная, но… только в области длинных волн.

Вот вам классический пример научного противоречия, ведущего к открытию. Теория одна и та же, черное тело, естественно, тоже, а формулы, описывающее его излучение — разные, причем обе правильные! Противоречие казалось настолько драматическим, что физик П.Эренфест назвал его "ультрафиолетовой катастрофой". И для того, чтобы эту катастрофу предотвратить, другой великий физик М. Планк был вынужден ввести понятие кванта энергии — мельчайшей порции излучения, меньше которой ничего нет и быть не может. Я написал "вынужден был", и это так — у Планка просто не было иного выхода, только открытие квантов — и ничто иное — могло вывести физику из кризиса.

Сейчас любой ученый и каждый писатель-фантаст пользуется приемом квантования, но для того, чтобы этот прием ввести в обиход, понадобилось огромное мужество ученого.

ДВУЛИКИЙ ЯНУС

Один из самых популярных приемов, с помощью которых писатели-фантасты придумывают свои идеи, — это прием объединения. Рассказывая в одной из статей о том, как пользоваться этим приемом, я приводил примеры использования его в жизни и технике. Помните задачу о похищении картины из музея? Воры, будучи людьми не без фантазии, объединили в одной раме две картины — копию и подлинник. Эксперты поставили свои подписи на копии, думая, что подписываются на подлиннике…

Но сейчас речь не о технике и не о литературе даже, а о самой настоящей науке и законах ее развития. Как и техника, как и всякая человеческая деятельность, связанная с воображением, наука развивается, устраняя противоречия, возникающие на ее пути. И пользуется при этом такими же приемами, какие взяты на вооружение изобретателями и писателями-фантастами.

Как "работает" прием объединения в науке? Вот классический, можно сказать, пример, хотя определение "классический" звучит в данном случае чуть двусмысленно, поскольку история эта привела-таки к поражению так называемой классической физики и появлению физики квантовой.

Началась эта история с великого Ньютона. Сэр Исаак исследовал природу света — распространение, отражение, преломление. Впечатление было таким, будто свет — это мельчайшие частицы, которые, подобно мячикам, брошенным меткой рукой, летят по прямым линиям, отражаются, ударяясь о зеркальную поверхность, и так далее. Ньютон так и заявил: свет — это поток частиц-корпускул.

И все бы хорошо, но корпускулярная теория никак не могла объяснить, как же частицы света проникают в область тени, где их быть вроде бы не должно. Явление это называется дифракцией, и объяснил его современник сэра Ньютона — Гюйгенс. В отличие от своего великого коллеги, он заявил, что свет — это волна, которая распространяется в особой среде — эфире. Помните у Пушкина: "Ночной Зефир струит эфир…"

Волновая теория света замечательно описывала явление дифракции, но не могла ответить на простой вопрос: почему же свет распространяется прямолинейно? А ведь этот вопрос для физики был куда важнее, чем частная проблема дифракции. Пришлось Гюйгенсу отойти в тень, а Ньютон одержал очередную победу. Его корпускулярная теория главенствовала в физике больше ста лет. А потом физики Юнг и Френкель, будучи сторонниками не корпускулярной, а волновой теории, сумели объяснить, как же все-таки удается световой волне распространяться по прямой линии.

И корпускулярная теория пала. Вместо нее в физике воцарилась волновая, срок жизни которой был отмерен примерно такой же — около ста лет. Двести лет потратили величайшие физики мира для того, чтобы убедиться в простой, казалось бы, истине: если две теории противоречат друг другу, не нужно доказывать, какая из них главнее. Не нужно говорить: "или та, или эта". А нужно воспользоваться приемом объединения и попытаться соединить вместе обе теории.

Физиков можно понять: не может же быть свет и частицей, и волной. Либо так, либо иначе, как несовместимы друг с другом день и ночь.

Противоречие разрешил Нильс Бор в 1929 году, введя в физику новый принцип: принцип дополнительности. Попросту говоря, это научная формулировка приема объединения! Оба объяснения света дополняют друг друга. У света, как у Януса, как бы два лица. Свет имеет двойственную природу: излучается и поглощается он, как поток частиц, а распространяется, как волна.

И оказалось, в мире микрочастиц все устроено именно так: все частицы имеют двойственную природу. Это и волны, и корпускулы — все зависит от того, какая сторона жизни микромира нас интересует.

Кстати говоря, к концу двадцатых годов фантасты уже вовсю пользовались приемом объединения, а в технике до открытия этого приема должно было пройти еще лет сорок. В наши-то дни прием объединения изучают одним из первых на занятиях по развитию творческого воображения. И каждый человек, обладающий фантазией, встретившись в жизни с событиями, противоречащими друг другу, немедленно думает: как бы их объединить.

Ибо только тогда можно будет получить новую интересную идею.

Часть 12

Слишком много окружностей

То, что без творческой фантазии в науке делать нечего, — понятно. Но вот, о чем, кажется, сами ученые не очень задумываются, — новая идея, новое направление в науке возникают тогда, когда исследователь как бы забывает на время, какую область знания он, собственно, представляет, и начинает рассуждать, как писатель-фантаст или как футуролог, решающий учебную задачку по развитию воображения.

Пример? Пожалуйста. Классический случай: теория Птолемея. Пользуясь много вековыми наблюдениями неба, Птолемей создал геоцентрическую систему: Земля — центр Вселенной, а вокруг Земли крутятся по окружностям Солнце, Луна и планеты. Птолемей "прибил" планеты к твердым сферам, но эта деталь к делу не относится. Сначала схема работала неплохо, и астрономы достаточно точно предсказывали положения планет на небе. Но со временем ошибки стали накапливаться, и стало ясно, что планеты движутся не по простым окружностям — они еще описывают на небе довольно причудливые петли. Пришлось Птолемею добавить к основным окружностям целую систему "эпициклов" — дополнительных небольших окружностей. Прошло время, этой точности тоже оказалось недостаточно, и астрономы добавили еще одну систему окружностей. А потом — еще… Количество окружностей, по которым пришлось вращаться бедным планетам, достигло в средневековье такого количества, что расчет движения планет стал непосильным делом. Между тем астрология нуждалась в простом методе, а не в математическом монстре.

Вот вам противоречие, из которого в науке рождаются открытия: планеты вращаются по окружностям, и планеты не могут вращаться по окружностям. Такое противоречие не разрешить, просто добавив еще одну окружность. Нужно… Что? Конечно: использовать один из приемов РТВ. Честно говоря, нам повезло: Коперник использовал нужный прием (впрочем, он наверняка перепробовал и другие, прежде чем пришел к своему гениальному выводу!). Коперник воспользовался приемом "наоборот" — пусть не Солнце обращается вокруг Земли, а Земля вокруг Солнца! Вы думаете, что Коперник действительно полагал, что Земля не находится в центре Вселенной? Он был священником, ему вовсе не улыбалось сместить нашу планету с ее центральной роли в мироздании. Коперник поставил Солнце в центр с единственной целью: упростить вычисления движения светил. И упростил, естественно.

И лишь после того, когда стало ясно, что задачи астрономии и астрологии (а в те времена, кстати, никто эти науки и не разделял) решаются в новой системе куда проще и естественней, Коперник задумался: а может, это не просто формальный вывод? Может, Земля и планеты ДЕЙСТВИТЕЛЬНО обращаются вокруг Солнца?

Сначала был формально использован прием РТВ, и лишь потом, убедившись, что прием действует, Коперник пришел к выводу, что имеет место реальное природное явление. Скажите, пожалуйста, удалось бы религиозному человеку, каким был Коперник, преодолеть силу догм и с самого начала утверждать, что Земля — вовсе не центр Вселенной? Вряд ли. Он использовал прием именно как прием, способ упростить вычисления, и не более того. А потом уж…

И таких случаев в истории науки более чем достаточно. Вот еще один.

Исследователи электромагнетизма Ампер, Фарадей, Вебер прекрасно знали из собственных опытов, что электричество и магнетизм тесно друг с другом связаны: с помощью магнитного поля можно получить электричество и наоборот. Но можно ли связать эти поля в единые уравнения? Никому этого не удавалось сделать, пока Максвелл — чисто формально! — не ввел в уравнения так называемый ток смещения. Речь шла именно о формальной добавке, ведь никто и никогда этот ток смещения не наблюдал! Максвелл попросту подошел к противоречию с помощью методов РТВ.

Вот оно, это противоречие: электричество связано с магнетизмом (это видно из опытов), и электричество с магнетизмом не связано (так утверждают уравнения). Используем прием РТВ: увеличение. Увеличим число элементов в системе, добавим новый вид тока, который позволит связать электричество с магнетизмом подобно крепкой веревке. Так появились электромагнитные волны.

Прием был использован сугубо формально, только для того, чтобы получить красивые и решаемые уравнения. И лишь через двадцать лет Герц действительно обнаружил электромагнитные волны!

Уверен, что каждый читатель может и сам вспомнить примеры того, как формальное использование в науке приемов РТВ приводило впоследствии к выдающимся открытиям. Уравнения Лоренца… Планковские кванты… Боровские орбиты…

Интересно, какой была бы наука XX века, если бы не приемы РТВ?

ПОЛЕЗНЫЕ ДИВЕРСАНТЫ

Мы уже, по идее, достаточно хорошо изучили методы развития воображения и можем теперь попробовать сами решать исследовательские задачи. Вот последовательность действий:

Сначала выявить противоречие. Потом использовать прием РТВ, чтобы это противоречие разрешить. Главное при этом — на думать о последствиях. Если, решая научную проблему, вы будете постоянно бояться, что нарушите какой-нибудь закон природы, у вас ничего не получится. Подойдите к проблеме формально, с позиций специалиста по РТВ. Найдите новую идею. Если она окажется верной, вам потом не придется краснеть за то, что вы не очень почтительно обошлись с прописными научными истинами…

Советский изобретатель Б.Злотин, один из разработчиков теории решения изобретательских задач, лет десять назад именно так и подошел к исследовательским проблемам. "У нас есть научное противоречие, — рассуждал он. — Исследовательская проблема. Скажем, происходит нечто, от чего в реальной жизни мы хотим избавиться. Противоречие: нечто существует, и нечто существовать не должно. Это ведь целый класс научных проблем, а не просто частный случай. Решив эту проблему, мы сразу решим множество других".

Что ж, один из сильных методов РТВ: сделать наоборот. Существует вредный фактор? Мы хотим от него избавиться? Отлично, давайте сначала сделаем наоборот — усилим вредный фактор до предела. Более того, используем еще и прием искусственности: давайте сами создадим этот вредный фактор! Может быть, тогда-то мы и поймем, откуда он, черт побери, возникает?

Так и был придуман метод решения исследовательских задач, названный диверсионным. Правильное название. Исследователь как бы совершает диверсию против самого себя, против своей задачи. И это позволяет ему выйти победителем! Как действует диверсионный метод? Достаточно просто. Поясню на примере конкретной исследовательской задачи (реальной задачи, которую решали на одном радиоэлектронном заводе).

Во время производства микросхем их нужно было перевозить из одного цеха в другой. Грузили схемы в обычные пенопластовые коробки и развозили. Перед транспортировкой все схемы были в порядке, а после непременно оказывалось, что часть микросхем вышла из строя в результате электрического пробоя. Чтобы бороться с браком, нужно знать, отчего он возникает. Как видите, задача эта не для изобретателя, а для исследователя.

Что ж, используем диверсионный метод.

Сначала — прием "сделать искусственным". То есть, давайте-ка ребята, будем сами портить эти микросхемы! Давайте станем диверсантами и начнем ломать собственную продукцию.

Но этого мало. Не все микросхемы портились во время перевозки. Давайте-ка используем прием увеличения и будем портить все микросхемы до единой. Как видите, возникает совершенно иная задача! Из исследовательской (найти причину явления) задача становится чисто изобретательской (придумать способ). А для решения изобретательских задач уже несколько десятилетий существует ТРИЗ — теория, у которой множество достижений.

Итак, нужно во время перевозки микросхем из одного цеха в другой устроить так, чтобы все они оказались пробиты электрическим разрядом. Ясно, что нужно использовать электрическое поле. Настоящий диверсант ходил бы по цехам с портативным разрядником и занимался бы саботажем. Но мы-то должны пользоваться "местными ресурсами", тем, что уже существует в цехах: помните этот прием ТРИЗ и РТВ — "использовать ресурсы"?

Что мы можем использовать для порчи микросхем? Коробки, в которых эти детали перевозят, — раз. Далее — тряску и вибрации, которые непременно возникают при перевозках. Вроде бы, больше нечего. Но ведь коробки не проводят электричества, а тряска — это ведь тоже не электрическое поле… Да, но электричество можно получить из механического движения, это мы знаем из физики! Нужно посильнее трясти микросхемы во время перевозки, и механическое трение деталей друг о друга непременно создаст электрическое поле. И чем сильнее будет тряска, тем сильнее это поле будет разрушать наши детали.

Значит… Собственно, задача уже решена. Микросхемы портились потому, что терлись друг о друга во время перевозки. Тогда стали делать коробки металлическими и заземлять их. Паразитное электричество начало уходить в землю, и брак исчез, как и не было…

Для пользы дела время от время нужны диверсанты!

ГОРИ ОГНЕМ!

"Диверсионный" метод решения исследовательских задач далеко не сразу стал популярен даже среди знатоков ТРИЗ, которые, казалось бы, привыкли к неожиданным методам и нетрадиционным подходам. Действительно, изобретатель или ученый всю жизнь отдает, чтобы улучшить теорию или конструкцию, а тут ему говорят: сделай наоборот и придумай нечто такое, чтобы от твоей конструкции или теории не осталось камня на камне.

Как-то, лет десять назад, на одном из тризовских семинаров, зашла речь о том, можно ли улучшить большой автоматический выключатель. "Замечательный выключатель, — сказал директор завода, — всем он хорош, улучшать в нем решительно нечего".

"Допустим, — с сомнением сказал ведущий. — Пусть это идеальный выключатель. Давайте придумаем, как его испортить. Причем так, чтобы никто не сумел определить, что же произошло".

Хорошая задача для диверсанта, верно?

Предложения посыпались, как из рога изобилия. Портить, как вы понимаете, — не строить. Чтобы было понятно то, что произошло дальше, объясню устройство этого идеального выключателя. Попросту говоря, это контакт, который состоит из двух частей. Части эти припаивают друг к другу. Вообще говоря, паять, конечно, нужно так, чтобы контакты соединились друг с другом всей своей поверхностью. "А давайте будем паять не по всей поверхности, — предложил один из "диверсантов". — Припаяем по внешней части, и все дела. Держаться будет? Будет. Если токи слабые, то эта халтура ни на что не повлияет. Но если дать большой ток, то контакты начнут сильно нагреваться, и выключатель может вообще развалиться на две части. И пусть кто-нибудь догадается — почему".

Предложение было сделано, вообще говоря, в шутку. Но технолог завода, который тоже присутствовал на семинаре, неожиданно пришел в сильное замешательство. "Ну да, — сказал он смущенно, — наши рабочие так и делают, они экономят припой и потому паяют только края контактов…"

Тут уж вышел из себя инженер-исследователь.

"Черт знает что! — вскричал он. — Наша лаборатория уже десять лет не может разобраться, почему греются и разрушаются контакты! Что мы только не перепробовали! А оказывается, все дело в производственном браке?" Естественно, произошел небольшой скандал, но задача-то была решена: идеальный выключатель действительно стал идеальным.

Использование диверсионного метода частенько приводило к курьезам. К примеру, на одном из семинаров по ТРИЗ была поставлена реальная задача: завод получил срочный заказ, а сварочный цех перегружен другой работой, и заказ выполнить никак не удается. Что бы придумать такого, чтобы сварщики сумели сделать обе работы?

Предложений было немало, но ведь выше себя не прыгнешь — если цех перегружен, каким образом можно разместить еще один заказ? Как говорится: "Требуется получить от коровы на двадцать литров молока больше, чем она может дать". В разгар полемики кто-то вспомнил о диверсионном методе и воскликнул: "Давайте все испортим окончательно! Представьте, что сварочный цех сгорел дотла. И что тогда?"

Ясно что: если цех сгорел, придется или не выполнить заказ, или… обойтись без сварки. Самое любопытное, что те же инженеры в течение получаса придумали способ, как выполнить задание, не прибегая к сварочным работам. Раньше о такой возможности просто никто не думал, и нужно было совершить "диверсию", чтобы сделать изобретение!

Что ж, почему бы и вам, господа, не взять на вооружение диверсионный метод? Исследовательские задачи ведь возникают не только в науке и технике, но и на кухне, и в школе — да где угодно! И если вам нужно будет избавиться от вредной помехи, от неприятного явления — подумайте сначала, как бы вы смогли сделать эту помеху неустранимой, а явление — отвратительным.

Тогда и решение придет.

ПРОБОВАТЬ И ОШИБАТЬСЯ?

Изобретатели, знающие ТРИЗ, обычно снисходительно улыбаются, когда слышат от своих коллег: "Я перебрал тысячи вариантов, прежде чем сделал изобретение". Тризовец вариантов не перебирает, а действует по системе, основы которой мы с вами уже знаем.

Писатель-фантаст, знакомый с методами РТВ, обычно снисходительно улыбается, когда слышит от своего коллеги: "Я полгода перебирал фантастические идеи, пока не нащупал новую". Знаток РТВ умеет придумывать отличные идеи, не перебирая огромную груду нелепых — он действует по системе, основы которой нам уже известны.

А большинство ученых пока еще действительно считает, что классический метод проб и ошибок — единственно возможный способ совершения научных открытий. Не так давно мне довелось прочитать восторженную статью известного ученого — гимн методу проб и ошибок, провозглашение этого метода вечным и незыблемым. Все равно, как если бы ямщик превозносил неоспоримые преимущества конного транспорта в то время, когда по улицам бегает первый, пусть и весьма несовершенный автомобиль…

Между тем разве, к примеру, диверсионный метод решения исследовательских задач, о котором шла речь неделю назад, не избавляет ученого от нудной необходимости случайно перебирать разные варианты в поисках нужного? Есть и другие методы. И есть общее правило, действующее в науке не хуже, чем в технике: научные системы развиваются по своим объективным законам, и лишь познав эти законы, научившись ими пользоваться, ученый навсегда забудет о том, что когда-то для того, чтобы сделать открытие, ему приходилось наугад перебирать простые зерна — факты в поисках жемчужного зерна — открытия.

Несколько лет назад изобретатели Б.Злотин и А.Зусман предложили простую схему, показывающую, как именно современная наука избавляется от вечной, казалось бы, необходимости перебирать варианты.

Вот как идет развитие:

Этап первый, длившийся долгие столетия: ученый наугад совершает "пробы и ошибки", при этом, даже не запоминая, какая именно проба была ошибочной, и поэтому повторяя те же ошибки вновь и вновь. Разве алхимики средневековья в поисках "философского камня" не перебирали по сто раз одни и те же элементы и не проводили одни и те же опыты? Это все равно, что пытаться открыть запертую дверь, доставая ключи из огромной коробки, а неподошедшие ключи бросая обратно в ту же коробку — чтобы через какое-то время вытащить опять тот же ключ и совершить ту же ошибку…

Но наступает в развитии науки второй этап. Поиск нового ведется, конечно, все тем же методом проб и ошибок, но теперь ошибки запоминаются и не повторяются вновь. Этот переход произошел тогда, когда получили распространение научные журналы, а результаты опытов и исследований стали доступны всем ученым во всех странах. Продолжая аналогию, можно сказать, что теперь, достав ключ из ящика и не сумев отпереть этим ключом дверь, вы больше не бросаете ключ обратно в ящик, но откладываете в сторону, чтобы никогда больше не использовать.

Но ведь и второй этап достаточно неэффективен — слишком много проб приходится совершать "в натуре". Третий этап в развитии науки: переход от реальных проб и ошибок к мысленным экспериментам. Действительно, так ли уж нужно достать ключ из коробки, засунуть его в замочную скважину, попробовать повернуть?. Может, достаточно взглянуть на ключ, изучить его форму, и сразу станет ясно, что этот ключ и пробовать не стоит? В развитии науки этот этап соответствовал переходу к созданию математических моделей тех или иных событий.

Ясно, что этот этап не мог наступить прежде, чем позволило развитие математических методов. Начался этот переход в прошлом веке, а окончательно закрепился в наше время — с развитием кибернетики.

И наступило время для четвертого этапа — эвристического. Не нужны реальные пробы и ошибки, не нужны даже математические модели — ученые (я имею в виду пока лишь самых выдающихся из них) могут сразу, лишь поняв задачу, представить в уме правильное решение, проделав в уме тот путь, для преодоления которого иным ученым прошлого нужны были годы труда и сотни экспериментов.

Таким был, к примеру, академик Я.Б.Зельдович: он ставил перед коллегами задачу и говорил, каким окажется решение. Коллеги изучали литературу, проводили вычисления, спорили на семинарах и в результате… полученное решение совпадало с тем, что "угадывал" Я.Б.Зельдович.

Угадывал? Нет, конечно, это были не простые догадки. Это было интуитивное использование закономерностей развития научных систем.

НАУКА БЕЗ ИНТУИЦИИ

Академик Я.Б.Зельдович умел предсказывать решение сложной проблемы, и это умение многим его коллегам представлялось тайной, загадочным свойством интуиции. А между тем уже в те годы, четверть века назад, кибернетики работали над созданием систем, которые обладали бы именно такой способностью — без проб, без ошибок, без обычного и естественного для науки перебора вариантов, давать ответы на сложные научные загадки, находить решения сложных проблем. Область кибернетики, которая стала заниматься подобным поиском, была названа эвристикой. От слова "эврика", с которым Архимед когда-то вылез из ванны и бежал по людным улицам Афин. От слова "эврика", ставшего синонимом неожиданного озарения, казалось бы, не подкрепленного никакими экспериментами, пробами и уж, тем более, ошибками. Между тем в эвристике нет ничего загадочного — она использует в науке те же, по сути, методы создания идей, какие ТРИЗ использует в технике. Эвристика нащупывает закономерности развития научных систем и тем самым позволяет науке перейти к пятому этапу развития. О четырех этапах шла речь неделю назад: от простого перебора вариантов до интуитивного поиска решения.

Пятый этап: осознанное использование закономерностей развития научных систем для поиска решения самых сложных проблем. Рассказывая о первых четырех этапах развития науки, я привел в качестве аналогии человека, который пытается открыть замок с помощью множества ключей, хранящихся в большой коробке. Сначала он достает ключ, пробует и, не открыв дверь, бросает ключ назад в коробку (первый этап). Потом он приучается откладывать не подошедший ключ в сторону (второй этап). Затем он понимает, что есть ключи, которые и пробовать не стоит (третий этап). После этого он учится заранее представлять себе ключ, который подошел бы к этой двери, и достает из коробки именно такой ключ (четвертый этап, который называется эвристическим).

На пятом этапе человеку не приходится ни о чем догадываться и эксплуатировать свою интуицию. Он знает законы развития научных систем и знает, с помощью какого закона можно решить проблему. Продолжая аналогию, можно сказать: нужно открыть дверь, причем все ключи в ящике пронумерованы, на каждом написано, к какой двери он подходит, и вам нужно лишь достать нужный ключ. Никаких пустых проб, никаких ошибок…

Казалось бы, если наука развивается именно таким образом, если скоро (через 10 лет или через 100?) ученому, чтобы сделать открытие, нужно будет использовать метод, который будет ему известен заранее, если все будет именно так, не станет ли ученому просто скучно заниматься наукой? Не исчезнет ли из науки самое главное — творчество? Над чем голову ломать, если путь известен?

Так, собственно, когда-то говорили скептики, осуждая появление ТРИЗ. Не приведет ли использование теории решения изобретательских задач, говорили они, к тому, что инженеру вообще не нужно будет думать? Действуешь строго по методике, и все дела. В конце концов, изобретения будет делать машина, для человека не останется интеллектуальной работы. А это нехорошо. И значит, ТРИЗ вредна.

ТРИЗ выжила, конечно, и для изобретателя-тризовца жизнь стала даже более интересной, потому что задачи, которые ему приходится решать теперь, куда более сложны, чем прежние, основанные на простом переборе вариантов. Выживет и эвристика со всеми дополнениями, пришедшими из ТРИЗ. Ведь ясно: научившись "щелкать" одни научные проблемы, мы столкнемся с куда более сложными. Не меньше придется ученому ломать голову, а больше — таков парадокс развития и в изобретательстве, и в науке.

Когда-то масса творческих ухищрений нужна была, чтобы разделить одно число на другое. Деление чисел — это был сложный мыслительный процесс, огромное число проб и ошибок, пока не нащупаешь нужное решение! А потом появились арабские числа, а потом появились простые методы деления — и что же, творчество закончилось? Нет, конечно, оно только начиналось: теперь можно было учиться решать уравнения…

Вот еще один парадокс: чем больше формализуется процесс решения научной проблемы, чем меньше в этом процессе остается места для "ломания головы", тем больше у ученого появляется возможностей для творчества. И разве это плохо?

ДАЕШЬ НОВУЮ НАУКУ!

Процесс решения научных проблем автоматизируется. Вот парадокс XX века — скоро "эврика!" будет кричать не ученый, а робот, которому ученый поручит сделать открытие. Кстати, ситуацию эту фантасты уже предвидели еще лет тридцать назад (ох, уж эти фантасты!). Перечитайте рассказ Г.Альтова "Машина открытий" (1964 год), где повествуется о полностью автоматизированной исследовательской системе, расположенной на одном из спутников Юпитера. Чем эта система занимается, ясно из названия — она делает открытия.

А чем же тогда занимается человек? Если наука сможет обходиться без научного работника, то на долю человека останется… придумывать новые науки! В те годы (середина шестидесятых), когда был написан рассказ "Машина открытий", новые науки появлялись, кстати, чуть ли не каждый квартал: бионика, биотехнология, палеогенетика… Часть этих наук не выжила, некоторые получили "путевку в будущее". Так что идея фантаста была актуальна.

Тогда. А сейчас? Что-то не видно нынче новых наук. А между тем, специалисты по теории творчества уже создали целую систему рекомендаций для тех энтузиастов, кому придет-таки в голову заняться созданием новой науки. Если у вас есть желание войти в историю, то вот вам основные правила, которыми нужно руководствоваться. Конечно, без гарантии. И, кстати, прошу иметь в виду, что обычно судьба первопроходцев, создающих новые научные направления, далеко не так радужна, как представляется со стороны. А порой так и вовсе трагична.

Впрочем, выбирайте сами.

Итак, первое, что нужно сделать: придумать для новой науки название. От названия зависит будущее вашего детища — успех или неудача. А требования к названию, кстати говоря, предъявляются весьма противоречивые. С одной стороны, название должно быть понятным и привлекательным. С другой стороны, название должно показывать всю сложность нового направления. Классическое противоречие: название должно быть и простым, и сложным одновременно! Полагаю, что вы уже научились разрешать противоречия подобного рода? Используйте какой-нибудь из известных вам приемов, и — вперед!

Хотите примеры удачных названий? Пожалуйста: "креативика", "эволюционика", "соционика". Та же "эвристика", кстати говоря.

А вот пример из фантастики. П.Амнуэль в рассказе "Странник" (1978 год) придумал новую науку "эрратологию" — науку о научных ошибках. Надо полагать, не последнюю роль играло именно красивое и не очень понятное название. А уж потом была сформулирована и задача новой науки: собрать все научные ошибки (согласитесь, что ошибок в науке куда больше, чем верных решений!), объединить их и…

Количество ведь, как говорят классики, переходит в качество. Так вот, по утверждению героя рассказа "Странник", пользуясь только научными ошибками, можно получить совершенно правильные выводы и делать замечательные открытия.

Эрратология пока не создана, но, скорее всего, фантаст, как обычно, окажется прав. Во всяком случае, первое правило создания новой науки было соблюдено.

Правило второе: нужно подобрать для новой науки великих предшественников и подходящие цитаты. Кстати, цитаты можно придумать и самому: сначала их никто не станет проверять, а потом все просто привыкнут. Впрочем, учтите, что слишком много великих предшественников — фактор нежелательный. Иначе в чем же будет заключаться ваша собственная роль? Достаточно трех-четырех корифеев, себя можете поставить в конец списка.

Затем вы должны определить цель создаваемой вами науки. Поскольку наука — новая, то цель должна быть, естественно, глобальной. При этом непременно сделайте вид, что цель, какой бы она ни была, уже почти вами достигнута. Остались кое-какие детали, кое-какие открытия еще предстоят, но в целом вы свое дело отца-основателя уже сделали. Но и не увлекайтесь, иначе кто-нибудь потребует немедленно предъявить этот самый результат, а его-то, вообще говоря, еще предстоит достичь.

Прошу иметь в виду, что правила только выглядят шутливыми. На самом деле все очень даже серьезно!

Теперь нужно приступить, наконец, к возведению здания новой науки. Для этого, естественно, нужны "кирпичи" — сведения, которыми мы будем пользоваться. Откуда их взять? Из "старых" наук, ибо больше неоткуда. Исторических примеров более чем достаточно. Биохимия манипулировала в начале своего пути фактами, накопленными в разное время биологией и, соответственно, химией. Палеоботаника — как вы понимаете, фактами из ботаники и из палеонтологии. А такая новая (в свое время) наука, как астроботаника, использовала знания из астрономии планет и из ботанических исследований северной полярной флоры.

Разумеется, факты нельзя попросту повторять. Нужно их творчески соединить друг с другом и переработать. А для этого совершенно необходима собственная терминология. Новая наука без новой терминологии — мертворожденное дитя. Можно, конечно, использовать и известные уже термины, но придать им совершенно новый смысл — так, чтобы прежние авторы перестали понимать, о чем идет речь и не смогли бы предъявить свои авторские права. А можно, чтобы не вступать в конфронтацию, придумать термины совершенно новые — здесь открывается неограниченный простор для творческой фантазии.

Вот, к примеру: знаете ли вы, что такое "реликвимация", "контрамоция", "эрратотехника" и "промптуарий"? Если не знаете, не расстраивайтесь — термины новых наук знают обычно лишь сами их авторы. Но имейте в виду: два термина взяты из реально существующих новых наук, а два — из наук, придуманных писателями-фантастами. Попробуйте определить — какой термин взят из фантастики, а какой из реальности.

Но язык новой науки складывается, конечно, не из одних лишь терминов. Нужны еще спецграмматика и спецстилистика. Тут правило простое: в фразе непременно должны быть два придаточных предложения. Три — перебор, фразу никто не про чтет. Одно — мало, фраза покажется слишком простой и недостойной новой науки. Кстати, самыми употребительными должны быть слова "очевидно", "который", "вышеупомянутый" и "ниже перечисленные". Это, кстати, статистический вывод, почерпнутый из исследования не новых наук, а вполне даже старых. Новые науки просто не стали нарушать традицию.

Авторы "Пособия по созданию новой науки", изобретатели Б.Злотин и А.Зусман утверждают, что этот этап в создании новой науки — самый трудоемкий. Многие потенциальные "пионеры" именно на этой стадии сходят с дистанции. Действительно, новую идею придумать куда проще, чем затем одеть эту идею в научные одежды. Следующий шаг, который вам предстоит, — подобрать коллектив. Поверьте, в одиночку здание новой науки не построить. Это в прежние времена Карл Линней мог один создать целую теорию видов. А сейчас на дворе конец XX века.

Г.С.Альтшуллер, создатель ТРИЗ, потратил четверть века, чтобы построить фундамент новой науки, но после этого пришлось нанимать если не армию, то роту строителей, которые под руководством отца-основателя начали возводить этаж за этажом.

Но, — советуют Б.Злотин и А.Зусман, — будьте осторожны в выборе сподвижников! Неверно подобрав войско, вы можете проиграть сражение и всю кампанию.

Последователи должны быть не глупыми — иначе вам не удастся убедить общество в своей правоте. Но и слишком умные помощники тоже не большой подарок — ибо они захотят менять фундамент новой науки вместо того, чтобы под вашу музыку возводить этаж за этажом. Имейте в виду — не позволяйте даже самым надежным последователям покушаться на истоки! Ибо, когда наука еще не вышла из пеленок, никто, кроме вас, создателя, не представляет, насколько хрупким является фундамент. У любой новой науки есть особенность, которую ученики не всегда понимают: фундамент приобретает прочность только тогда, когда построены первые этажи. Пусть ваши последователи строят здание, а вы сохраняйте фундамент от неосторожных движений…

Итак, ученики и последователи должны удовлетворять требованию — "не слишком". Вы можете спросить, где взять столько людей, которые были бы не слишком умными и не слишком глупыми, не слишком упрямыми и не слишком покладистыми? Не беспокойтесь: и российская, и израильская, и американская, и любая другая система обучения как раз и рассчитаны на то, чтобы поставлять именно таких людей. Именно поэтому последователей всегда достаточно, а творцов новых наук — единицы…

ЛЕД И ПЛАМЕНЬ

Один знакомый, прочитав рекомендации Б.Злотина и А.Зусман по созданию новой науки, сказал мне: "Вроде бы все правильно, но что-то мне в этих рекомендациях не нравится. Не то, чтобы это выглядело шуткой, но и не вполне серьезно, понимаешь? Противоречие."

Ну и отлично. Без противоречий ничего нового не придумаешь. И я полностью согласен — противоречие, действительно, есть, и весьма существенное. Предлагаю читателям самим его отыскать, а пока продолжу перечислять правила, которых нужно придерживаться, создавая новую науку.

Итак, с целями науки, великими предшественниками, верными последователями и прочими внутренними вопросами мы разобрались. Но ведь наука развивается не сама по себе, существует внешний мир, с которым вам придется иметь дело. Б.Злотин и А.Зусман, проанализировав типы людей, которые обычно окружают ученого, разделили человечество на три категории.

Первая — "деловые люди". Их цели сходны с вашими, они тоже заняты созданием нового, и значит, — эти люди наиболее опасны. Лучше договориться с ними сразу, разделить сферы влияния, участвовать в их "тусовках": съездах, симпозиумах и конференциях. Не скупитесь на лесть, ведь и вашей новой науке нужна внешняя поддержка…

Вторая группа людей, с кем вам предстоит иметь дело, — "телята". Они корпят в лабораториях, за письменными столами и пультами, ваша новая наука, естественно, без них обойтись не сможет. "Телята" легко приручаются, и с ними у вас не должно быть проблем.

И третья группа — "враги". Без врагов не бывает новой науки и нового в науке! И нужно иметь в виду, что любой ваш знакомый может относиться к этой категории. Враг тот, кто не знает о существовании вашей новой науки (незнание, как известно, не освобождает от ответственности). Врагом становится тот, чей кусок "научного пирога" вы откусили, прилепив его к зданию вашей новой науки. И конечно же, вашим врагом становится вся наука прошлого и настоящего — ведь новое, дополняя старое, его же и опровергает. Это жизненное противоречие нужно всегда иметь в виду. Разве традиционные биологи с радостью восприняли зарождение биотехнологии? Разве астрофизики с почтением отнеслись к рождению астроботаники? И разве ТРИЗ в течение тридцати лет не вела борьбу против традиционных методов изобретательства?

Кстати, для того, чтобы успешно бороться с врагами новой науки, вы должны вылепить свой образ. Ибо у начинателя нового всегда есть свой, особый образ, сложившийся исподволь на протяжении веков. В вашем характере должны совмещаться черты кота Леопольда (всегда говорите: "Ребята, давайте жить дружно!") с чертами Рыцаря Печального Образа, готового радиторжества новой науки сражаться даже и с ветряными мельницами.

И еще, что нужно помнить, имея дело с внешними обстоятельствами. Новая наука не выживет без ассигнований. Прошло время, когда науку двигали одиночки. Всем это известно, но не каждый создатель новой науки это помнит в час своего торжества. Создав новую науку, немедленно включайтесь в борьбу за штатные единицы, за спонсоров, за бюджет. Публикуйте свои статьи в любых изданиях, даже в рекламных листках, что бесплатно раздают желающим. Рассказывайте о новой науке всем, кто желает вас слушать.

Если вы будете соблюдать все перечисленные правила, то созданной вам новой науке предстоит долгая жизнь.

Точнее: возможно, предстоит.

И вот теперь я вернусь к противоречию, о котором упоминал выше. Ибо все, о чем было сказано, с равным основанием относится не только к новой науке, но и к тому, что мы обычно называем "лженаукой". Кстати, перечисляя новые науки, появившиеся за последние десятилетия, я назвал и парочку лженаук. Астроботанику, например, которая родилась в тридцатых годах, а в пятидесятых благополучно умерла, не оставив потомства. У астроботаники было красивое название, своя терминология, свои предшественники (Дарвин, к примеру!) и последователи (академик Тихов), масса публикаций и, конечно же, враги. Все было, как у любой нормальной новой науки. Все, кроме одного. Именно того, чем же, при массе общих черт, лженаука отличается от науки. Отличается, как лед от пламени.

Чем именно? Ваше воображение просто обязано подсказать правильный ответ.

ПОВТОРЕНИЕ ПРОЙДЕННОГО

Итак, вопрос недели: чем лженаука отличается от науки? Вроде бы, и истоки у них общие, и энтузиазм тот же, и даже враги одинаковые. Но разница, конечно, есть. Наука и лженаука могут быть сколь угодно близки по форме, но вот содержанием наука куда богаче. Наука предсказывает новые явления, лженаука на это не способна. Кстати, вот одна из причин, почему до сих пор ведутся споры — является ли наукой астрология? А может, это лженаука? И действительно, по форме своей астрология, конечно, наука. А по содержанию? Астрологи предсказывают будущее, и если предсказывают правильно, то астрология — наука. Между тем, правильных предсказаний в астрологии явно не сто процентов. А сколько? Семьдесят? Шестьдесят? Достаточно ли этого, чтобы увенчать астрологию научными лаврами? Но согласитесь, что и в самой что ни на есть традиционной науке (в физике, допустим) тоже далеко не все предсказания сбываются, не все теории оправдываются и не все гипотезы выдерживают испытание истиной! Если подсчитать, сколько физических идей идет в "отвалы", то окажется, что верных прогнозов в физике куда меньше, чем в той же астрологии. Так что же, и физика — лженаука?

Нет, конечно. Проблема, как видите, сложна, неоднозначна, и, думаю, астрологии еще долго предстоит балансировать на грани. Одни будут считать астрологию наукой, другие — нет. И, кстати, для развития воображения очень даже полезно не просто следить за этим вечным спором, но и подбрасывать в него искры новых идей. Попробуйте — увлекательное занятие…

А между делом, для тренировки фантазии, решите несколько задач. Мы уже изучили практически все известные способы развития воображения и, по идее, каждый читатель, следивший за очерками в рубрике "Гимнастика ума", должен "щелкать" задачки на воображение, как орешки.

Задача первая, очень простая, потому что использовать нужно всего один, причем очень популярный, прием.

На одном заводе приступили к выполнению нового заказа. Заказ был таким: изготовить из стекла фильтры в виде больших цилиндров высотой в два и диаметром в один метр. Выточить такие цилиндры — уже проблема, а тут была еще одна, показавшаяся конструкторам просто неразрешимой. Дело в том, что в стекле по всей высоте цилиндра должны были идти очень тонкие сквозные отверстия. И отверстий таких нужно было сделать не десятки, не сотни даже — а тысячи!

— Как же это сделать? — удрученно спросил главный инженер. — Неужели придется сверлить?

И тут местный изобретатель, знавший (как же иначе?) основы ТРИЗ и РТВ, заявил: — Не нужно ничего сверлить. Сделаем все иначе…

И объяснил — как. Попробуйте и вы.

Вторая задача чуть посложнее, но тоже достаточно простая.

Ехала как-то по шоссе машина и неожиданно остановилась.

— Бензин кончился, — сконфуженно объяснил водитель пассажиру. — Забыл, знаете ли, посмотреть на прибор…

— Да, память иногда подводит, — согласился пассажир. — Впрочем, приборы эти вообще ненадежны. Бывает, что стрелка показывает еще несколько литров, а на самом деле горючего уже нет. Вот если бы бак сам телепатически сообщал водителю, что бензин вот-вот кончится…

— Обойдемся без телепатии, — заявил водитель, подумав. — Есть идея.

Какая?

И задача номер три. На сегодня самая сложная, хотя, конечно, до задач, сложных по-настоящему, ей далеко.

На заводе сельскохозяйственных машин был свой полигон — участок земли, окруженный забором. Однажды завод получил крупный заказ: сделать много типов машин для нескольких стран. Машин много, почвы для испытаний нужны разные, но полигон-то один!

— Нам нужно сто сорок полигонов, — сказал директор. — И взять их неоткуда. Заказ нам не выполнить.

— Почему же? — не согласился изобретатель, знавший ТРИЗ и РТВ. — Можно обойтись одним полигоном, если…

Если что? Кстати, предупреждаю сразу: не предлагайте разделить заводской полигон на сто сорок частей. Завод был не из крупных, а полигон и вовсе невелик, делить там было нечего…

Часть 13

Тысяча тоненьких стержней

Считайте, что у нас начался сезон экзаменов. Три задачи вы уже получили для решения, и прежде, чем получить новые, давайте проверим, правильно ли вы решили прежние.

Итак, задача первая — о том, как на заводе пытались изготовить стеклянные фильтры длиной в два метра. Если вы помните, в этих стеклянных блоках нужно было просверлить по всей длине (два метра!) тысячи отверстий — занятие выглядело настолько трудоемким, что главный инженер завода думал уже отказаться от заказа. Но тут появился изобретатель и сказал…

— Давайте сделаем наоборот, — сказал он. — Зачем сверлить отверстия в цельном стеклянном блоке? Возьмите тысячу тоненьких стеклянных стержней длиной два метра каждый. Ведь тонкие стержни из стекла сделать легко, верно? Ну так сложите их вместе, и у вас получится то, что нужно — зазоры между стержнями будут играть роль нужных вам отверстий. Ведь в задании не сказано, что отверстия должны быть непременно круглыми!

Как говорится, простенько и со вкусом. Во-первых, использованы два популярных приема — наоборот и объединения, а во-вторых, показано, как нужно избавляться от психологической инерции. Согласитесь, вы ведь и сами, когда речь зашла об отверстиях, которые нужно просверлить, представили себе круглые сечения? Между тем, в задаче действительно ни слова не сказано, должны ли отверстия быть круглыми, квадратными или вовсе прямоугольными…

Вторая задача: как водитель автомобиля может узнать о том, что бензобак почти опустел, и нужно ехать на заправку. Вы можете сказать, что для этого есть прибор на щитке перед водителем. Верно, но, во-первых, водитель может забыть посмотреть на указатель, а во-вторых, сложные приборы имеют, как вы знаете, неприятное свойство ломаться. Нужно бы что-нибудь совсем простое, такое, что не сломается никогда!

Решение можно получить с помощью метода веполей. Вы еще не забыли, что такое веполь? Это техническая система, состоящая из двух веществ и какого-нибудь поля. Полей в физике не так уж много, легко запомнить все. Чтобы не перечислять, скажу сразу: в этой задаче реальный изобретатель использовал

Звук. Обычный звук. Он просто бросил в бензобак деревянный брусок. Дерево плавает на поверхности бензина, и, когда горючего много, водитель и не подозревает о том, что в бензобаке находится чужеродное тело. Но вот бензина остается буквально на донышке, и… Машина едет, и нижняя поверхность бруска начинает стучать о дно бензобака. Водитель слышит неприятное постукивание, и, если он даже забыл о том, что в бензобаке плавает такой оригинальный "прибор", странный звук ему об этом живо напомнит…

А третья задача действительно сложная — это задача о полигоне для испытания сразу большого числа разных сельскохозяйственных машин. Каждый тип машин приспособлен для какого-то одного типа почвы, для испытания каждого типа машин нужны определенные условия. Но полигон-то один! Как быть?

Без веполей не обойтись и здесь. А еще изобретатель использовал в свое время приемы объединения и дробления. Рассуждал он так.

Чем отличаются друг от друга разные почвы? Одни более сыпучие, другие более вязкие, одни тяжелее, другие легче… По идее, если бы у нас была какая-то одна почва, которую по мере надобности можно было бы делать сыпучей или вязкой, тяжелой или легкой, задача была бы решена без проблем. Но проблема-то как раз в том, чтобы "изобрести" такую универсальную почву.

Ее и придумали в свое время на одном из советских заводов. Попросту говоря, взяли ферромагнитный порошок, насыпали толстым слоем и стали действовать на него магнитным полем. Чем сильнее поле, тем плотнее прижимаются друг к другу "песчинки" порошка. Они-то и имитируют почву для сельскохозяйственной машины. Усилил поле, и "почва" стала вязкой и тяжелой. Уменьшил поле, и почва стала сыпучей и легкой. Вот и решение — достаточно было иметь один-единственный полигон, заполненный ферромагнитным порошком. И управлять свойствами этого порошка с помощью магнитного поля.

Красивое решение. Попробуйте предложить другое — если получится.

ТРЕНИРОВКА С ЧЕМПИОНОВ

Продолжаем наш экзамен, и сначала опять попробуем решить задачу, достаточно простую. Например, такую, за решение которой, кстати, новосибирский изобретатель В.С.Ладошкин лет двадцать назад получил авторское свидетельство на изобретение. Представьте себе, что вы спортсмен, и вам нужно побить мировой рекорд по стайерскому бегу. Конечно, вы тренируетесь много часов, вы выкладываетесь, и все равно ваш результат не достигает чемпионского. По идее, хорошо бы, чтобы одновременно с вами по дорожке бежал настоящий чемпион, и вы старались бы его обогнать. Согласитесь, что на настоящих соревнованиях, когда видишь соперника, и результат улучшается. Это так, но где же взять чемпиона, чтобы соревноваться с ним на тренировках?

Ясно, что чемпион не согласится с утра до вечера играть роль вашего спарринг-партнера. Что делать? Можно ли заменить чемпиона?

Задача простая, решается она с помощью одного приема, и вам нужно лишь догадаться — какого именно. Кстати, если вы эту задачу решите, то и сами сможете тренироваться, используя метод, предложенный Ладошкиным.

Вторая задача посложнее, но тоже достаточно простая.

Перед вами географическая карта, скажем, России. Или иной страны, граница которой представляет собой сильно изломанную линию. Задача состоит в том, чтобы точно определить площадь, которую занимает эта страна.

Помните, как мы поступали в школе? Разбивали на контурной карте страну на маленькие квадратики, вычисляли площадь каждого квадратика, потом считали число квадратиков… И получали очень и очень неточный результат, ведь, как ни уменьшай квадратики, все равно их общая площадь будет больше или меньше, чем нужно. Между тем, есть способ определения площади фигуры с очень сложной геометрической формой, не прибегая ни к каким квадратикам. Когда мы учились в школе, фантазия наша еще не была развита упражнениями, и мы старательно чертили надоевшие квадратики. Но теперь-то мы эти приемы знаем и должны решить проблему раз и навсегда! Попробуйте.

Третья задача. Несколько лет назад футболисты гаитянского клуба "Атлетикос" неожиданно стали играть куда лучше, чем прежде. Что было раньше? Принимает игрок мяч, а он отскакивает от ноги, перекатывается, попадает к сопернику, и нужно опять начинать охоту. И вдруг все изменилось. Если мяч попадал к игроку "Атлетикоса", то никто уже не мог, не применив силовой прием, отобрать мяч. Соперники долго не могли понять, в чем дело. Ведь не могли же гаитянские футболисты за какую-то неделю так повысить класс своей игры!

Загадка разрешилась вскоре, и решение оказалось достаточно простым. Наверняка многие футбольные клубы согласились бы принять на вооружение способ, использованный тренерами "Атлетикоса". Но… ФИФА наложила на использование этого способа вето, и была, надо сказать, полностью права. Нельзя в футболе… А что, собственно, нельзя в футболе? Что такого сделали футболисты? Попробуйте догадаться. Впрочем, "догадаться" — не то слово. Попробуйте решить эту задачу, используя метод РТВ.

Четвертая задача тоже взята из жизни. Дело происходило в блокадном Ленинграде. В городе было совершено преступление, и следователю предстояло узнать, из какой именно из нескольких десятков винтовок был произведен выстрел, лишивший человека жизни. Был проведен следственный эксперимент: в тире следователь отстрелял по несколько пуль из каждой винтовки. Сотни выстрелов в тесном помещении, и каждый бьет по барабанным перепонкам, а следователь и без того ослаблен — ведь блокада… От грохота мало помогали вата в ушах и специальные наушники. Он чувствовал, что теряет слух, но довел серию до конца. После этого следователь оглох на одно ухо. Свой профессиональный долг он, конечно, выполнил, но вот фантазию проявил не до конца. Упрекать его в этом нелепо, следователь ведь и не знал ни о каких методах развития воображения.

Но вы-то с этими методами знакомы! Вот и попробуйте решить задачу: нужно резко ослабить силу звука от выстрела. Вата в ушах и наушники не подходят. Специальные глушители — тоже, ведь их использование изменяет траекторию полета пули…

Ваши предложения?

КАК ВЗВЕСИТЬ СТРАНУ

Несколько слов о том, допускают ли задачи на развитие воображения иные решения, не те, что даются в контрольных ответах. С таким вопросом ко мне часто обращаются люди, изучающие РТВ и недовольные тем, что их мысли далеко не всегда совпадают с моими.

Конечно, могут быть и другие решения! Ведь задачи на воображение это не математика, где дважды два всегда равно четырем. К примеру, украсть из музея картину можно сотней разных способов, а не только с помощью приема объединения. Но в решении задачи я указал лишь на этот прием по одной причине: этот способ отвечает критерию, который как-то однажды предложил великий Эйнштейн для определения правильности физической теории. Теория должна быть красивой, простой и практичной. Так вот, предложенный способ — самый практичный, простой и… красивый. В задачах на воображение это, пожалуй, самое главное.

Вспомните задачу о беге наперегонки с чемпионом. Да, вам вряд ли удастся уговорить не то, что чемпиона мира, но даже мастера спорта бегать с вами по утрам. Как же быть? В РТВ на этот случай есть простой способ: если вы не можете использовать оригинал, используйте копию!

Копию чемпиона мира? Конечно. Я не имею в виду, естественно, копию во плоти, нас ведь интересует не чемпион как таковой, а его способность быстро бегать. Прибор, сконструированный новосибирским изобретателем Ладошкиным, предназначен для тренировок в домашних условиях на так называемой кольцевой дорожке: вы бежите, оставаясь на месте, а дорожка под вами бежит с нужной скоростью. Пусть она движется со скоростью чемпиона!

Другой вариант: вы бежите по естественной дорожке, а рядом с чемпионской скоростью бежит отраженный прибором… солнечный зайчик.

Вторая задача заключалась в том, что нужно было точно определить площадь страны на карте. Границы страны очень сложно запутаны, как бы вы ни делили территорию на мелкие квадратики, все равно точность окажется невелика. Как быть? Выйдите за пределы задачи! Вам нужно определить площадь? Замечательно — определите сначала не площадь, а… вес. Иными словами, вырежьте точно по контурам границ карту страны и взвесьте на точных весах. А потом взвесьте, скажем, одну сотню квадратных километров — ведь вырезать из бумаги квадратик нужного размера можно без проблем. Взвесили? Отлично, теперь разделите "вес страны" на "вес единицы площади", и вы совершенно точно определите нужную площадь. Площадь, с позволения сказать, с точностью до… миллиграмма.

Красота решения очевидна — РТВ всегда советует искать нетривиальные подходы. В данном случае, это отделение функции от объекта. Нужно определить площадь, а это трудно. Давайте отделим функцию от объекта, пусть страна площадью не обладает вовсе. Но ведь речь идет о карте, чем еще обладает бумага, кроме площади? Толщиной, плотностью, весом… Толщина и плотность вам в данном случае не помогут, а вес — пожалуйста.

Третья задача — о футболистах "Атлетикоса", ставших неожиданно асами футбола, — решается с помощью вепольного анализа. Вепольный анализ очень полезен во всех случаях, когда объект в задаче не один, а два или больше. Вот и в данном случае у нас два объекта: мяч и нога футболиста. С чего бы это футболист стал бить точнее и лучше, чем прежде? Свяжем два объекта друг с другом каким-нибудь полем. Каким? Механическое-то поле было всегда — это обычный удар ногой. Значит, нужно другое поле. Какое? Проще всего использовать электрическое или магнитное. На самом деле все так и происходило: тренеры "Атлетикоса" вшивали металлические полоски внутрь футбольной камеры, а на бутсы футболистов нашивали сильные магниты. Достаточно было футболисту коснуться мяча, и мяч будто приклеивался к ноге.

Разумеется, это был незаконный способ, и, когда афера была обнаружена, тренеры "Атлетикоса" были отстранены от должностей. Но, согласитесь, с точки зрения РТВ идея была безупречна. Для развития футбола она не годилась, но для развития фантазии — вполне…

Последняя задача — задача о следственном эксперименте: как избавиться от грохота в замкнутом пространстве тира. Честно говоря, я не знаю, как именно поступил реальный следователь, проводя реальный следственный эксперимент. Но я знаю, какое решение предложили почти полвека спустя слушатели курсов РТВ в городе Баку: нужно погрузить дуло ружья или пистолета в слой пены и стрелять через нее. Свое предложение ребята проверили в "боевых" условиях тира, и оказалось, что пена, действительно, замечательно заглушает звук выстрела! Разумеется, это решение не единственно возможное, вряд ли ленинградский следователь придумал именно такой способ. Что ж, попробуйте предложить другой — столь же простой и красивый…

ОГОНЬ ПРОТИВ ОГНЯ

Вот еще одна "порция" задач.

Задача первая — цитата из романа Фенимора Купера "Прерия".

"— Огонь в полумиле от нас, и ветер несет его в нашу сторону со страшной быстротой!

— Что там огонь!.. По-вашему, это огонь? Ну, молодцы, за работу. Беритесь-ка за эту низкую, вялую траву и выдергивайте ее вон.

Старик прошел в противоположную сторону и, выбрав пук самых сухих стеблей, положил их на полку своего ружья. Они мгновенно вспыхнули от искры…

— Теперь, — сказал старик, — вы увидите, как огонь дерется с огнем".

Вопрос: как же именно "огонь дерется с огнем"? Что сделал старик? Конечно, вы можете перечитать роман и найти описание, сделанное Купером. Но не интереснее ли проявить собственную фантазию?

Задача вторая — сугубо научная. Предлагаю читателям стать коллегами великого русского физика П.Н.Лебедева, который сто лет назад проводил опыты по измерению давления света на твердые тела.

Весной 1997 года в вечернем небе появилась яркая комета, и каждый мог убедиться: хвост кометы направлен в сторону, противоположную Солнцу. Почему? Потому, что солнечный свет "давит" на пылинки в кометных хвостах и "сдувает" их подобно ветру. Это и есть давление света, впервые обнаруженное Лебедевым.

Но давление это ничтожно! Лебедев измерял, как "давит" свет сильной лампы на тоненькое крылышко. И даже малейшее движение ветерка в комнате давило на поверхность крылышка куда больше, чем свет. Что делать? Лебедев поместил крылышко под герметичный колпак и начал выкачивать воздух. Но с помощью насоса так и не удалось выкачать воздух полностью. Что делать теперь? Физик придумал: он пустил под колпак пары ртути. Ртуть вытеснила весь воздух, какой еще оставался. Ну, а теперь-то как быть? Ведь теперь нужно избавиться и от паров ртути!

Вот мы и добрались до вопроса этой задачи: как избавиться от паров ртути под герметическим колпаком. Насос, как вы видели, помочь не в состоянии. Как быть? Не думайте, что задача очень уж сложна. Для решения нужно знание физики на уровне средней школы и… немного воображения.

Третья задача тоже взята из жизни, только на этот раз из жизни не физиков, а металлургов. Рабочие в горячих цехах любят ошарашивать новичков. Представьте себе картину: по желобу течет расплавленный металл, рабочий на мгновение опускает в него кисть руки и сразу же выдергивает. Ни следа ожога! А ведь температура — около тысячи градусов, это вам не кипяток.

Не советую никому, не зная решения, повторять опыт на практике. Но поставить себя на место металлурга рекомендую: попробуйте понять, как удается опустить руку в кипящий металл, не получив ни единого волдыря?

РУКА В ПЛАМЕНИ

Задачи, предложенные выше, не очень трудны. Особенно первая, о том, как герой романа Фенимора Купера "Прерия" боролся с огнем. Думаю, что многие просто вспомнили решение, о котором слышали с детства. Но дело в том, что нужно не только "вспомнить" решение или догадаться о нем, нужно сказать — какой именно прием РТВ использовал Купер.

Герой Купера приказал вырвать из почвы полосу сухой травы, создав между собой и огнем пространство, по которому огонь пройти не сможет, а затем поджег траву за этой полосой. Одна стена огня начала наступать на другую, и, когда огонь встретился с огнем, пламя погасло, потому что выжженную полосу огонь уже не преодолеет.

Какой прием был использован? Два приема: удвоения и "наоборот". Если дан объект, создадим его копию (еще один пожар) и сделаем "наоборот" (пошлем второй пожар навстречу первому). Кстати говоря, тот же результат можно получить и с помощью другой комбинации приемов. Подумайте — какие еще приемы развития фантазии можно использовать для решения этой задачи?

Вторую задачу в свое время решал русский физик П.Н.Лебедев. У него был запаянный сосуд, в котором находились пары ртути. А Лебедеву нужно было получить в сосуде полный вакуум. Как избавиться от паров ртути? Эта задача тоже не сложна, но отличается от первой тем, что для ее решения недостаточно одних лишь приемов РТВ, которые мы уже изучали. Нужен еще прием, используемый в ТРИЗ. Надо сказать, что это нередкий случай, и, если мы хотим развивать фантазию, то нужно нам познакомиться и с основами этой новой науки. Очень простой прием, которым часто пользуются изобретатели: изменить агрегатное со стояние. Если у вас что-то не получается с жидкостью, попробуйте испарить ее. Или наоборот — сделайте, чтобы ваша жидкость затвердела. Может, тогда решение окажется очень простым?

А в опыте Лебедева нужно было избавиться от газа. Как? Превратить его в жидкость. Лебедев погрузил свой сосуд в жидкий гелий, температура быстро упала, и ртуть в сосуде сконденсировалась на дне. Жидкость физику не мешала, а газ… исчез. В сосуде оказался глубокий вакуум, что и было нужно.

Вспомните теперь нашу третью задачу: о металлурге, который погрузил ладонь в расплавленный металл. На мгновение всего лишь, но ведь температура металла — почти тысяча градусов!

Наверное, вы уже догадались, что прием нужно использовать тот же самый: изменение агрегатного состояния. Но тут есть своя тонкость. Наши объекты — рука и металл. Так чье же состояние менять? Не руку же металлурга, на самом деле, превращать в жидкость! И металл тоже не испаришь и в твердое тело не обратишь — об этом и намека нет в условии задачи.

Что ж, если нет объекта, чье состояние можно было изменить, так давайте этот объект создадим! Вот и решение: человек погружает руку в бак с водой, а затем мокрую руку на мгновение — в кипящий металл. Вода, естественно, мгновенно испаряется, и на этот процесс уходит все тепло от жидкого металла. Тут важно не упустить момент: достаточно задержать руку в жидком металле на малейшую долю секунды после того, как вода полностью испарится, и… Остальное можете себе представить.

Наверняка решение и этой задачи было уже известно многим читателям, даже тем, кто никогда в жизни не бывал в горячих цехах. Ведь нечто подобное можно проделать и на кухне — если, к примеру, почему-то нужно взять рукой раскаленную сковороду. Смочите руку водой и — вперед. Только побыстрее, пожалуйста, если, конечно, не хотите заработать ожог.

Запомните этот прием, который наверняка пригодится в дальнейшем, когда вам захочется решать задачи на развитие фантазии: если у вас есть твердый предмет, попробуйте сделать его жидким или газообразным. А газ — превратите в жидкость. А жидкость…

Ну, это понятно.

ОХОТНИКИ НА ПРИВАЛЕ

Завершаем нашу "экзаменационную сессию" еще тремя любопытными задачами, способными, надеюсь, "расшевелить" воображение читателей. Напоминаю, кстати, что задачи, которые вам приходится решать, вовсе не придуманы, а взяты из жизни — речь идет о совершенно реальных ситуациях, и совершенно реальным людям — ученым и изобретателям — приходилось в свое время затрачивать немало умственных усилий, чтобы разобраться в проблеме.

Итак, задача первая. Цитирую книгу по истории авиации:

"В 1915 году в руки немцев попал французский самолет-истребитель. При осмотре машины выяснился секрет успехов французов в боях с немецкими самолетами. Пулемет у французов стрелял через собственный винт, а на лопастях винта были приклепаны стальные пластинки, они отражали пули, если те попадали в лопасти. Немцы скопировали новинку, но в отличие от мягких французских пуль немецкие пули разносили собственные же винты (!) в щепки".

Вот вам реальное противоречие. Пулемет должен стрелять прямо через винт самолета — это повышает точность стрельбы. Но, в то же время, пулемет ведь не должен стрелять через винт — иначе от винта останутся одни воспоминания! Как быть? Задача вторая — из истории ботаники.

Каждый знает, что подсолнухи "смотрят на солнце", поворачиваясь вслед за движением светила. Мы так привыкли к этой мысли, что даже не предполагаем, что кто-то может думать иначе. Между тем, все не так просто. Были в свое время поставлены опыты — ботаники следили за подсолнухами и обнаружили, что они вовсе не следят за солнцем! Но в то же время другая группа ботаников поставила такой же опыт и обнаружила, что подсолнухи, конечно же, всегда "смотрят" на солнце. Опыты повторялись много раз, а надежного ответа так и не получили. Одни говорили — да, смотрят, другие утверждали — нет, не смотрят.

Попробуйте решить спор ученых. Для этого не нужно ставить контрольного эксперимента. Нужно только посидеть, подумать и вспомнить несколько важных правил из курса развития фантазии. Вам эти правила известны. Что ж, поработайте за ботаников.

Третья задача — из жизни оленеводов севера. Представьте себе ситуацию: вокруг вас тундра, мох, карликовые деревья до самого горизонта. Деревья, конечно, карликовые, но для вас все равно высоки — метра три, не меньше. Все ровно кругом — никаких сопок, куда можно было бы взобраться, чтобы посмотреть кругом и обнаружить, куда направилось стадо оленей. Вам позарез нужна вышка, невысокая, но хотя бы метра три, не меньше. Предупреждаю сразу: охотники — не циркачи, и строить пирамиды из собственных тел не могут. Так что придется воспользоваться "подручным" материалом — тундра кругом, эскимосы-охотники, шкуры, на которых эти охотники спят. Что еще? Рюкзаки с едой, но вряд ли еда вам поможет.

Хотите подсказку? Охотники — люди опытные, им достаточно одного взгляда окрест себя, чтобы сразу сориентироваться в ситуации.

И последняя задача нашей "экзаменационной сессии" взята из истории биологии — на этот раз речь, однако, пойдет не о растениях, а о куда более вредных существах: комарах — разносчиках малярии.

Ученый-врач Л.М.Исаев несколько десятилетий назад упорно боролся с малярийными комарами. Ему удалось выяснить, что рождаются такие комары в небольших озерах. Когда личинка еще не стала комаром, с ней справиться, естественно, легче. Комара попробуй, поймай, а личинка лежит себе под водой неподвижно. Но личинок миллионы, как уничтожить их все за "один присест"? Не отлавливать же их сачком! Да, к тому же, и не существует таких сачков. Л.М.Исаев задачу решил, чего и вам желаю. Дам подсказку и на этот раз: личинкам, естественно, нужен кислород, без кислорода они гибнут.

ПОДБРОСИТЬ ВЫШЕ — УВИДЕТЬ ДАЛЬШЕ

Последние задачи нашего конкурса не сложнее предыдущих. Но вот, что любопытно. Поскольку задачи взяты были из жизни, то все они имеют конкретное решение, за которое в свое время изобретатели получили авторские свидетельства или патенты, а ученые — свидетельства об открытиях. Между тем среди решений, которые давали слушатели курсов ТРИЗ и РТВ, есть и такие, которые не соответствуют реальным действиям изобретателей. Так что же, эти решения неверны?

Это сложный вопрос, и я к нему еще вернусь. А сейчас давайте разберем решения задач.

Задача первая — как стрелять пилоту самолета, если перед ним пропеллер, и пули попадают в лопасти? Напомню, что проблема эта возникла не сейчас, а в те давние годы первой мировой войны, когда до эры реактивной авиации оставалось еще лет тридцать.

Итак, противоречие: нужно стрелять через винт (чтобы попасть в противника), и нельзя стрелять (чтобы не попасть в собственные лопасти). Решение противоречия тоже стандартно: разделить противоречащие друг друга части в пространстве или во времени. В пространстве? Это как же? Пули не должны лететь вперед, через пропеллер? Но ведь тогда придется стрелять куда-то вбок, а это сразу скажется на точности. Эта идея, кстати, рассматривалась тоже и была в свое время отвергнута французскими конструкторами.

Значит — разделить во времени. А это как? Да очень просто — как в кино. Вспомните принцип стробоскопа, и все станет ясно. Именно так и поступили немецкие изобретатели в 1914 году: они поставили на пулемет синхронизатор, связанный с лопастями пропеллера. Выстрел производился таким образом, чтобы пуля вылетала из ствола пулемета в момент, когда впереди нет лопасти. Задача вторая — о подсолнухах. Житейская, кстати, задача: так "смотрят" подсолнухи на солнце или нет, в конце-то концов? Ответ, который дали ученые-ботаники, вполне диалектичен: и да, и нет. Опять разделение во времени! Оказывается, в определенные периоды своего развития подсолнух действительно все время поворачивает свою "шляпку" вслед за солнцем. Но этот период сменяется другим, и вот тогда-то подсолнуху вовсе без разницы, где находится солнце, и находится ли оно над горизонтом вообще! Как видите, метод устранения противоречий действует не только в изобретательстве, но и в живой природе. И это естественно — разве живая природа развивается не по тем же законам, что природа искусственная, создаваемая людьми?

Третья задача — о северных охотниках. Напоминаю: кругом тундра, низкорослые деревья, а вам нужно осмотреться в поисках стада оленей. Как быть? Сопок вокруг нет, а деревья тонкие, на них не влезешь.

Ответ легко найти, используя оператор РВС. Помните? Нужно менять или размеры объекта (в данном случае это невозможно), или его стоимость (что тоже не годится), или — время действия. Вот это и есть решение. Чтобы осмотреться и понять, где он находится, хорошему охотнику-оленеводу достаточно буквально одной секунды. Именно эту секунду он и имеет в запасе, когда друзья… подбрасывают его вверх, на высоту, превышающую высоту деревьев — это ведь всего-то три метра! Делают своеобразный батут — подбрасывают охотника на одеялах (я ведь не зря упомянул одеяла в условии задачи!). Кстати, в условии была и подсказка: о том, что для оценки ситуации охотнику достаточно секунды…

И наконец четвертая, последняя задача многоборья: как Л.М.Исаев справился с малярийными комарами? Напоминаю — пока личинки комаров находятся в озерах, с ними еще можно справиться, но когда они становятся комарами… А личинкам нужно дышать, нужен кислород. Значит, естественное решение: преградить доступ кислорода к местам, где скапливаются личинки, то есть — в глубину озера.

Надо сказать, Л.М.Исаев применил в свое время достаточно варварский метод — но ведь цели своей он достиг, и эпидемия малярии была предотвращена. Врач попросту разлил на поверхности озера бензин. Бензин легче воды, образовалась пленка, сквозь которую воздух в глубину поступать не мог. Личинки погибли, а потом тогдашним "экологам" осталась неблагодарная задача — очистить поверхность от бензиновой пленки.

Чего не сделаешь ради здоровья…

РАБОТА НАД ОШИБКАМИ

Закончилась наша "экзаменационная сессия", пора подводить итоги.

Ошибка, которая встречается чаще всего: мнение о том, что с помощью приемов или без них, но фантазирование — дело достаточно простое. Да, простое — теперь, когда мы изучили десятки приемов развития фантазии и познакомились с самыми фантастическими изобретениями и открытиями писателей и ученых! Но простота эта кажущаяся, и я в этом не раз убеждался, разбирая ответы и сравнивая их с контрольными решениями.

Многие дают на задачи вовсе не те ответы, какие можно найти в литературе по РТВ. Что ж, это замечательно — если задача действительно имеет неоднозначное решение. А если решение единственное?

Вот письмо Евгения П. Евгений предлагает свое решение задачи об измерении площади страны на карте. Зачем использовать такой сложный метод, как вырезание страны по контуру и взвешивание? А если дома нет точных весов? По мнению Евгения, есть способ, куда более простой. Нужно разложить карту на столе, мелкими гвоздиками обозначить контуры границы, а потом по этим гвоздикам-вешкам протянуть нить. Иными словами, измерить поточнее не площадь страны, а длину ее границы. Потом эту нить снять и сложить из нее прямоугольную фигуру. А площадь прямоугольника измерить ведь трудностей не составляет — нужно всего лишь умножить длину на ширину, это и в школе проходят. И не нужно сложностей, лишняя фантазия приводит к лишним затратам усилий…

Было бы все так просто в жизни! Ошибка достаточно типична, потому я и привел этот пример. Когда начинаешь фантазировать, бывает, что забываешь о том, что учил в школе. Полет фантазии необходим, но нужно и с землей связь поддерживать.

На самом деле, ведь сама-то задача возникла потому, что НЕЛЬЗЯ измерить площадь сложной фигуры, измерив длину ее периметра. Площадь такой фигуры вовсе не равна площади прямоугольника с таким же периметром, и это тоже — предмет изучения на школьных уроках математики. Для того, чтобы измерить длину границ государства, не нужно, кстати, прибивать карту к столу гвоздиками, достаточно купить в магазине простенький прибор, называемый курвиметром. Но для измерения площадей пока (и это действительно так!) не придумали такого же простого способа. Вот и приходится включать фантазию и… взвешивать карту.

Предлагали читатели и свое решение задачи о движении воздуха под потолком заводского цеха. Напоминаю контрольный ответ: нужно запустить под потолок мыльные пузыри, которые будут двигаться по ветру и показывать, куда устремляются воздушные потоки. Анатолий М. предложил иное решение: нагревать воздух до такой степени, чтобы его движение стало видно невооруженным глазом, как становятся видимыми струи теплого воздуха в жаркий летний день.

Неплохая идея, но… Во-первых, она противоречит условию (напоминаю: в условиях задачи нельзя менять НИЧЕГО), а во-вторых, требует дополнительного и сложного оборудования. А ведь главное условие хорошей работы фантазии стремление к ИКР, идеальному конечному результату: как получить нечто, делая для этого как можно меньше! Мыльные пузыри — самый простой, самый красивый и самый точный из всех предложенных методов. Кстати, именно по этой причине автор изобретения и получил в свое время свидетельство.

А вот с задачей о подсолнухах многие не справляются. Мало кто отвечает так, как нужно: подсолнух смотрит на солнце вовсе не всегда, а лишь на отдельных этапах своей жизни. Прием-то нужно использовать простой: разделение во времени. Но никто не решается использовать именно этот прием. Почему? Психологическая инерция: нас ведь с детства приучили думать, что подсолнух смотрит на солнце всегда…

Итак, мы завершили первое знакомство с курсом РТВ — развития творческой фантазии. Теперь вы можете приступить к более углубленным занятиям ТРИЗ — теорией решения изобретательских задач. Полученные навыки вам наверняка помогут. Желаю успехов!

СУМАСШЕДШИЕ ИДЕИ

Молния в кармане

Ю. Бородатый

Рекуператоры (устройства по "возвращению" энергии в промышленную электросеть) помогут адаптации к современным условиям использования ветроэнергетики и малых гидроэлектростанций. Эти виды энергии сейчас называют "нетрадиционными", хотя это действительно традиционные, служившие людям с незапамятных времен в виде парусов, поилок для скота, мельниц и т. д.

Но как быть, когда в сети вовсе нет тока? При увеличении количества малых электростанций (а такая тенденция уже давно наметилась во всем мире) они смогут обойтись без основной электростанции, а пока приходится выключать "захлебнувшийся" рекуператор. Можно, конечно, заряжать дармовой энергией аккумуляторы, но плотность хранения энергии в электрохимических аккумуляторах мала: у свинцово-кислотных — 64 кДж/кг, у никель-кадмиевых 110 кДж/кг, у топливных элементах (при различных сроках разрядки) от 15 до 150 кДж/кг. Есть еще "горячие" аккумуляторы с расплавленным электролитом (300…600 °C), например, серно-натриевые, у которых плотность составляет 800 кДж/кг, но КПД их мал.

Может обратиться к маховику? Сплошной диск равной прочности имеет плотность 120 кДж/кг, супермаховик из ленты — 150 кДж/кг, супермаховик из специального волокна — 650 кДж/кг.

Еще в 1791 г. русский механик И.П.Кулибин построил двухместный экипаж, движимый расположенным на запятках слугой. В этом праавтомобиле были заложены элементы, которые начинают использовать в транспорте только сейчас: маховичный аккумулятор и рекуперативный тормоз. Маховик известен с незапамятных времен. Сегодня маховики помещают в вакуумную камеру для уменьшения потерь на трение о воздух. Вместо подшипников применяют магнитные опоры.

Подняв скорость маховика вдвое, мы повышаем его кинетическую энергию вчетверо. Вот почему главное направление развития маховичных аккумуляторов — повышение числа оборотов, а значит, и прочности. Если изготовить маховик из очень прочного кварцевого волокна, то удастся повысить плотность энергии до 5000 кДж/кг. А если использовать углеродное волокно со структурой алмаза, то плотность повысится до 15000 кДж/кг!

Наряду с плотностью энергии аккумуляторы характеризуются плотностью отдаваемой мощности. И тут маховику равных нет. Конечно, отбор мощности от современных маховиков возможен только электрическим путем, никакая механика не в состоянии выдержать такую плотность энергии.

Тем не менее у электрохимических и маховичных аккумуляторов есть достойный конкурент — тепловой аккумулятор, в котором энергия хранится в сильно нагретых веществах, находящихся на грани перехода из одного своего состояния в другое. Такие аккумуляторы запасают громадное количество энергии, значительно больше, чем любой другой тип аккумулятора. Именно такими типами аккумуляторов являются наше Солнце, плазма Земли, шаровые молнии и др. Плотность хранения энергии в них максимальна.

Еще в 1995 г. автор этих строк пытался изготовить камеру для "бездонного" аккумулирования. Устройство ее простое. Прочная и герметичная камера состоит из двух изолированных друг от друга электродов. Камера заполняется водой. При напряжении 2 В вся вода разлагается на водород и кислород. Затем предполагалось поджечь смесь высоким напряжением. Первая конструкция не выдержала высокого давления, и газы вырвались из нее наружу. Своими исследованиями мне удалось "заразить" выпускника Львовского университета Р.Стасива. Его камера с учетом моего опыта была изготовлена куда прочнее (см. рисунок).

Вместо пластмассовых прокладок применена эпоксидная смола, в конструкции камеры использовалась инструментальная сталь. Прокладка крышки была изготовлена из тонкой медной фольги. Объем камеры сильно уменьшен, но тогда этому не придали значения (у шаровых молний есть критический диаметр, достигнув которого они взрываются).

Испытания Ростислав проводил сам, что также недопустимо. Ему удалось полностью разложить в камере объемом менее наперстка всю воду. Омметр, подключенный к камере, показывал "обрыв", что означало полное отсутствиеводы.

Следующий этап — поджигание смеси с помощью высоковольтного трансформатора, применяемого в больших котельных установках. При этой процедуре вроде ничего не произошло, и можно было приступать к зарядке аккумулятора. Теперь это уже был гибрид: и горячего электрохимического аккумулятора, и маховика (вещество в камере, точнее, фронт диссоциации, по идее, должен был вращаться со скоростью до 365000 об/мин), и теплового аккумулятора (внутри камеры находилась плазма). Но тут исследователь взял в руку камеру и зачем-то потряс ее… Страшный взрыв всколыхнул всю округу, из соседних домов прибежали испуганные люди. Шесть дней контузии и израненная рука — вот результат испытаний для исследователя.

Конечно, подобный эксперимент с каким-либо другим энергетическим зарядом такой мощности вряд ли закончился бы одной "акустикой". Причина сравнительно благополучного исхода аварии в свойстве "гремучего газа" — стехиометрической смеси водорода и кислорода. При ее взрыве происходит наложение обычного теплового взрыва и вакуумного.

Эксперимент окончился не так, как хотелось (неудачных экспериментов не бывает, все они — "прикосновение к Истине"), и мы собираемся его продолжить. Ведь расщепление воды на водород и кислород сулит 141,88 кДж/кг, а один только водород, если расщепить его на атомы, дает уже 213,3 кДж/кг. А что же будет, если расщепить атом? "В принципе работоспособность электричества огромна, гораздо больше, чем работоспособность гравитации".

БИОГРАФИИ

Никола Тесла

Ржонсницкий Б.Н.

Глава первая

_{Детство Николы Теслы. Жизнь в семье. Школьные годы. Болезнь. Кем быть?}

На западе современной Югославии, в республике Хорватии, у подножья восточного склона Велебитских гор, покрытых густыми, непроходимыми лесами, расположен город Госпич — центр провинции Лика.

Величественна и прекрасна природа этих мест. На вершинах гор дикие скалы нагромождены друг на друга. С трудом можно найти между ними небольшие клочки земли, пригодной для обработки под посев. Недаром в Хорватии существует народное сказание, будто бы бог, равномерно распределяя по земле камни, летал над ней с большим мешком. Над Ликой мешок прорвался, и весь остаток камней высыпался, образовав Велебиты. Невдалеке за горным хребтом — побережье лазурного Адриатического, или, как зовут его здесь, Ядранского моря; всего в нескольких часах пути — поразительные в своей красоте Плитвицкие озера, окруженные могучими дубовыми, буковыми и кленовыми лесами. Быстрые реки каскадами водопадов сбегают с высоких гор в долину плоскогорья Лика.

В гуще этих лесов затерялось небольшое село Смиляны. И хотя до города Госпича всего двенадцать километров, только пешими горными тропами жители этого села добираются до центра провинции. Сто лет назад, когда Хорватия входила в состав империи Габсбургов, захватившей земли хорватов и словенов и поработившей свободолюбивые славянские народы, Смиляны состояли всего из нескольких домов, школы, где преподавание велось не на родном хорватском языке, а на немецком, костела да православной церкви, рядом с которой находился небольшой домик священника. В этом домике, сохранявшемся до 1942 года, в семье священника Милутина Теслы ровно в полночь с 9 на 10 июля 1856 года родился четвертый ребенок, получивший имя Никола.

В те годы в стране, испытавшей гнет различных поработителей: турецких, венгерских, австрийских, православная церковь была одним из очагов сопротивления свободолюбивых славянских народов. Милутин Тесла был священником по призванию. Он происходил из старинного сербского рода, с давних времен переселившегося из Сербии в Хорватию, в провинцию Лика. Еще в XVII веке род этот назывался Драгнич, что означает по-сербски "дорогой", но, переселившись в Хорватию, он получил другое имя — Тесла, связанное с основной профессией большинства членов семьи.

Представители этого рода отличались не только как мастера своего ремесла, но и как храбрые защитники родины. Родители Милутина Теслы были военными. Его вместе с братом Иосипом также отдали в свое время в офицерскую школу. Но военные науки, муштра и шагистика не интересовали обоих братьев. Милутин вскоре бросил офицерскую школу и поступил в духовную семинарию, дававшую возможность наряду с изучением богословия в свободное время заниматься естественными науками и математикой. Иосип, окончив школу, преподавал математику в военных учебных заведениях и впоследствии стал профессором Военной академии в Австрии.

Окончив в 1845 году духовную семинарию, Милутин Тесла женился на Джуке Мандич. После женитьбы он получил должность капеллана греческой восточной церкви в местечке Сенью, где прожил с 1846 по 1852 год. Здесь в семье Теслы родились трое старших детей: сын Дане и две дочери — Ангелина и Милка. В 1852 году Милутин Тесла был переведен в Смиляны. Образованный и одаренный человек, смилянский священник интересовался не столько богословием, сколько литературой, философией и естественными науками. Как и брат его Иосип, Милутин очень увлекался изучением математики и проявил в этой науке недюжинные способности. Он знал в совершенстве несколько европейских языков, много читал, любил книги и собрал большую библиотеку, содержавшую не только редкие богословские фолианты, но и прекрасно подобранную литературу по естествознанию.

Таков был отец Николы Теслы. Однако не меньшее влияние на формирование характера будущего ученого оказала и его мать Джука. Это была своеобразная и очень одаренная натура. Рано лишившись матери, Джука, старшая в большой семье, должна была взять на себя все заботы о шестерых братьях и сестрах. Всю жизнь она оставалась неграмотной (на ее родине, в Грагаце, не было сербских школ, а отец Джуки не захотел отдать ее в школу, где учили на чужом языке), но рано обнаружила глубокий природный ум, художественный вкус и любовь к народному творчеству. Джука Тесла знала на память много сербских народных песен, отрывков из "Горного венца" — творения замечательного черногорского поэта Петра Негоша.

Она была также известна во всей округе своими рукоделиями, а особенно своим трудолюбием и изобретательностью.

Случалось не раз, что путник, нашедший приют в одном из горных селений Хорватии, с интересом рассматривал замысловатые приспособления для различных домашних работ или замечательный ткацкий станок, на котором можно было изготавливать любые ткани — и грубые для верхней одежды и тончайшие, идущие на вышивку и рукоделия.

— Кто придумал эти приспособления? Кто изобрел такой замечательный ткацкий станок? — невольно интересовался удивленный гость.

— Наша Джука, — с гордостью отвечал владелец редкостного станка, — Джука Мандич из Грагаца. Зайдите к ней, если ваш путь лежит через Грагац. Во всей округе вы не найдете мастерицу искуснее и хозяйку гостеприимнее. Она охотно покажет вам вышивки и кружева своей работы, каких не найти и на ярмарке в Загребе, да еще и споет немало песен, расскажет не одну старинную легенду.

О рукодельном мастерстве Джуки Мандич сохранилось почти легендарное свидетельство старожилов — вы услышите его и сейчас в Грагаце: руками, загрубевшими от домашней работы она могла завязать три узелка на ресничке.

Замужество и большая семья не изменили ее характера, жизнерадостного и жизнелюбивого. Материнская ласка, нежная забота и неизменная звонкая песня на всю жизнь запомнились ее детям. Но вместе с тем это была требовательная мать, воспитавшая в своих детях несгибаемую волю, настойчивость в достижении поставленной цели, благородство помыслов и желаний.

В такой обстановке вырос Никола Тесла. Годы его детства, проведенного в незаурядной семье, среди изумительной природы, были наполнены поэзией и сказочными преданиями старины, они оставили неизгладимый след во впечатлительной душе будущего ученого. Не раз впоследствии воспоминания детства, картины мирной жизни гордого, свободолюбивого, мужественного народа, с исключительной стойкостью переносившего все превратности истории, вдохновляли Николу Теслу и помогали ему в преодолении возникавших трудностей.

Семья воспитала в нем самое денное — любовь к людям, к их труду, гуманизм в самом высоком значении этого слова.

Еще в раннем детстве, прежде чем он пошел в начальную школу, родные заметили, что Никола обладает необычайно живым воображением. Мальчик очень много читал, увлекался поэзией и музыкой. Достаточно было ему прочитать или услышать что-либо, как перед его глазами мгновенно воссоздавалась живая картина прочитанного или услышанного.

Богатая природная фантазия была еще больше развита рассказами матери, легендами и народными песнями, наполненными, казалось, несбыточными мечтами об облегчении труда простых людей. И уже в те детские, а особенно в юношеские годы Никола Тесла поставил своею целью поиски путей облегчения жизни простого человека.

"Неужели люди должны весь век трудиться так тяжело? — думал он, глядя на изнуренных крестьян. — Нет, я должен построить такую машину, которая будет сама работать, а человек лишь присматривать за ней!"

И он часами рассказывал младшей сестре Марице, как должна быть устроена эта машина, соединявшая в себе послушность верного слуги и выносливость мула. Было где разыграться фантазии! Много раз на протяжении долгой жизни вспоминал Тесла эти мечты и в них черпал силы для достижения поставленной цели.

В 1861 году семья Теслы перенесла тяжелое горе — в результате несчастного случая погиб старший сын, Дане, необычайно одаренный и способный юноша, которого боготворили все в доме. После смерти Дане, являвшегося гордостью семьи, вся любовь родителей постепенно перешла на Николу, хотя отец и старшие сестры долго еще относились к нему с некоторой отчужденностью. Поверенными тайных мыслей Николы были лишь мать и младшая сестра Марица, восторженно любившая его всю жизнь.

Одно из ранних детских воспоминаний Николы Теслы, собственноручно записанное им в возрасте восьмидесяти лет для двенадцатилетней дочери его ли близкого друга, связано со следующим происшествием. В морозный январский вечер, когда сумерки едва сгустились и в доме еще не зажигали огня, шестилетний Никола играл с черной кошкой. Однако забава была прервана необычайным явлением, показавшимся чудом не только ребенку. Спина кошки неожиданно озарилась полосой голубоватого света, а прикосновение к ней вызвало целый сноп искр.

Отец и мать Николы стояли как зачарованные.

— Перестань играть с кошкой, — сказала, наконец, мать, — а то можешь вызвать пожар. Отец мальчика, имевший обычно ответ на любой вопрос, затруднился объяснить это непонятное явление, но сказал, что, по-видимому, это электричество, и подобное тому, какое бывает во время грозы.

Электричество? Мальчик впервые услышал это слово, но сказочное явление запомнилось на долгие годы. Не в этот ли вечер возник интерес Теслы к непонятному явлению, заставивший его отдать изучению электричества восемьдесят лет жизни? В первом классе начальной школы Тесла учился в Смилянах, а затем продолжал учение и окончил начальное реальное училище в городе Госпиче, куда в 1804 году переехала вся семья. Там Николе пришлось преодолевать возникшую с первых дней неприязнь некоторых учителей и одноклассников, вызванную тем, что развитие его не соответствовало возрасту, а способности поражали всех окружающих.

Необычайная память, редкая способность производить сложные математические вычисления в уме, молниеносно называя ответ, когда учитель еще только заканчивал диктовать задачу, — все это восстанавливало против необычайного ребенка. Не по годам высокий, худой, неуклюжий, левша (впоследствии Тесла научился одинаково хорошо владеть обеими руками), он при первом появлении в школе не вызывал симпатии у своих одноклассников.

Но вскоре учителя поняли, что имеют дело с ребенком, на редкость одаренным, а сверстники оценили ловкость Николы в играх, умение плавать как рыба, умение дружить и быть верным дружбе в любых условиях. Нельзя не рассказать об одном эпизоде из школьной жизни Теслы. Прекрасно успевая по всем предметам, свободно владея уже в эти годы, кроме сербского и хорватского, немецким, французским, итальянским языками, Никола считался последним учеником по рисованию и черчению, хотя дома он прекрасно чертил и недурно рисовал. Эта загадка объясняется тем, что ученик, занимающий последнее место по черчению и рисованию, в соответствии с правилами училища подлежал исключению. Один из мальчиков, имевший средние оценки по всем предметам, рисовал и чертил хуже всех, и это грозило ему исключением. Тогда Тесла решил стать худшим учеником класса по этим предметам, будучи уверен, что его успехи по математике и физике не позволят применить к нему строгую меру наказания.

Тесла был живым ребенком. Ему нравились подвижные детские игры, но еще больше любил он далеко уходить в горы и часами следить за стадами овец в глубоких ущельях — овцы казались маленькими, ненастоящими, игрушечными. Облака в небе над ними, принимавшие временами причудливые формы, казались великанами. Иногда мальчика заставала в горах гроза, и он с восторгом взирал на полыхающее от бесчисленных молний небо. И каждый раз Никола вспоминал тот случай с кошкой… Часто Никола забирался в глубь леса, ловил там в самодельные силки певчих птиц. Но он недолго томил в неволе своих пленников и обычно через несколько дней выпускал их на свободу. Никола и Марица всегда держали у себя дома много голубей, заботливо кормили их, придумывали им ласковые имена и прозвища.

Никола был отличным пловцом и приобрел в Госпиче большую известность своим умением нырять и под водой переплывать реку. Это увлечение неоднократно приводило его к опасным приключениям. Так, однажды, когда Николе было четырнадцать лет, он нырнул, переплыл под водой реку и вынырнул на другой стороне как раз под плотом. Мальчик едва не утонул, его спасло только большое самообладание: собрав все силы, он раздвинул бревна, просунул в отверстие голову, набрал воздуха, вновь погрузился в воду и, проплыв под плотом, вынырнул у берега.

Годы учения в Госпиче были началом изобретательской деятельности Николы Теслы. Именно тогда, при несколько необычных обстоятельствах состоялось первое знакомство с машинами. В этом маленьком городке добровольная пожарная команда приобрела однажды новый пожарный насос. Первое испытание его было обставлено весьма торжественно; но можно представить себе разочарование присутствующих, когда оказалось, что насос не в состоянии качать воду. Всеобщее замешательство нарушил Никола Тесла — наблюдательный мальчик быстро нашел неисправность и, устранив ее, пустил насос в действие. Не обошлось без курьеза — внезапно начавший действовать насос обдал струей холодной воды толпу слишком близко подошедших знатных горожан, не ожидавших от мальчика познаний, достаточных для устранения неисправности.

Вскоре Никола построил сам несколько моделей водяных турбин, установил их на реке и начал внимательно изучать их работу. Тогда же он стал знакомиться с серьезной технической литературой. В одной из книг Тесла натолкнулся на описание Ниагарского водопада. Мальчик, уже видевший Плитвицу, представил себе величественный вид Ниагары и в своих мечтах стал проектировать турбину для использования ее энергии. В это время у Теслы впервые зародилась мысль поехать в Америку и построить станцию на Ниагарском водопаде.

В школе, где учился Тесла, имелись механические и электрические приборы, с которыми учитель проделывал множество интересных опытов. Никола заинтересовался ими и, спустя некоторое время, начал сам экспериментировать с электрической машиной и лейденской банкой. Искра, проскакивающая при разряде этой банки, произвела на него большое впечатление: это было еще одно проявление той непонятной и грозной силы, с которой он встречался в горах Велсбита. И мальчик жадно набросился на книги об электричестве.

Вскоре у тринадцатилетнего Николы появились кое-какие собственные мысли об атмосферном электричестве, и он высказал своему школьному учителю идею управления дождями с помощью создания искусственной молнии.

За время учения у Теслы еще больше развилась способность к быстрому счету. Он производил все математические вычисления на мысленно представляемой классной доске, мгновенно называя конечный результат. Эта особенность сохранилась у Теслы на всю жизнь. Уже будучи знаменитым ученым, он производил подсчеты и конструировал в уме, представляя в воображении взаимодействие частей изобретенного им аппарата. Тесла навсегда сохранял в памяти конструкции созданных им машин и даже через десятки лет мог назвать размеры любой детали¹.

Однажды Никола тяжело заболел. Жизнь его находилась в опасности. Выздоровление, по собственному рассказу Теслы, наступило совершенно неожиданно — во время болезни он начал читать "Приключения Тома Сойера" Марка Твена. Жизнерадостная книга возбудила у него такое желание жить, что усилием воли он заставил себя перебороть болезнь и вскоре, к удивлению лечивших его врачей, выздоровел. Произведения Марка Твена навсегда остались любимыми книгами Теслы, и он был несказанно счастлив, когда много лет спустя лично познакомился и подружился с великим американским писателем. Между тем пришло время продолжать учение в Высшем реальном училище, и Николу Теслу отправили в город Карловец к двоюродной сестре его отца Станке Бранковнч. Здесь он усиленно занимался все теми же любимыми предметами: математикой и физикой.

Дом тетки не знал никакой нужды. Семья была вполне обеспечена, но Станка Бранкович, отличавшаяся немалыми странностями, кормила племянника впроголодь, считая вредным для худого и болезненного юноши, каким был Никола Тесла в те годы, есть досыта. Муж ее, дядя Николы, пытался тайком подкармливать юношу, но вскоре эти попытки были обнаружены и прекращены властолюбивой теткой. Позднее в автобиографии Н. Тесла объясняет свои усиленные занятия в Карловце именно необходимостью заглушить чувство голода. Так это или нет, судить трудно, но ему действительно удалось закончить четырехлетний курс обучения за три года и получить степень бакалавра. После окончания Высшего реального училища перед юношей встал вопрос о выборе профессии. Сам Никола считал лучшей в мире специальность инженера-электрика. Однако намерение его продолжать учение в Высшей технической школе встретило резкое противодействие отца, мечтавшего видеть сына священником. Никола Тесла горячо протестовал против этого желания отца не только из-за страстного желания стать инженером, но еще и потому, что уже в то время он не признавал никакой религии. В разгар бурных споров Никола тяжело заболел. Впоследствии он сам считал, что перенес холеру, но воспоминания его близких о ходе болезни не подтверждают этого. Тревога всей семьи за его жизнь не поддается описанию. Сам Никола успокаивал родных, уверяя, что если отец даст согласие на продолжение технического образования, он направит всю свою волю на выздоровление. Если же в этом будет отказано, то смерть неизбежна.

Отец долго противился просьбе сына. Лишь когда, по выражению одного из биографов ученого, дверь потустороннего мира была отворена для Николы, Милутин Тесла дал клятвенное обещание не препятствовать намерениям сына.

Событие это не прошло для Николы Теслы бесследно. Предполагая, что он болел холерой, Тесла, опасаясь вновь заразиться ею, на протяжении всей жизни оставался мнительным и болезненно брезгливым, что особенно бросалось в глаза в годы его материального благополучия. Вообще все недуги Николы Теслы, несомненно, имели характер довольно редких аллергических заболеваний, связанных с повышенной реакцией органов чувств на внешние раздражения, и наложили свой отпечаток на весь его образ жизни.

Глава вторая

_{Высшая школа. Студент и инженер Телеграфной компании. Болезнь. Удивительное изобретение. Париж, Страсбург, снова Париж. "Лошадиный круг". Из Европы в Америку.}

Выздоровление, казалось бы, окончательно решало вопрос о дальнейшем образовании Николы. Однако выяснилось, что юноше предстоит в течение трех лет отбывать воинскую повинность в армии австро-венгерской монархии. Готовый в любое время с оружием в руках защищать свободу и независимость родной Хорватии, Тесла не пожелал служить в армии ее угнетателей. Чтобы избежать призыва, отец отправил сына в горы, где тот скрывался в течение целого года. Длительное пребывание на лоне природы значительно укрепило нарушенное было здоровье Николы.

В Хорватии в те годы не было своих высших учебных заведений, и для получения высшего технического образования молодые люди должны были уезжать в Пешт, Вену, Прагу и другие иноземные города. Поэтому в 1875 году Никола Тесла отправился в Грац, где поступил в Высшую техническую школу. Наконец-то сбылась мечта Николы! С первых же дней учения он отдался ему со всей страстью девятнадцатилетнего юноши и в конце учебного года успешно сдал экзамены по девяти предметам, хотя требовалось сдать только по четырем. Для этого Тесла занимался по восемнадцать-девятнадцать часов в сутки, приучив себя обходиться лишь пятью-шестью часами отдыха. В одиннадцать часов вечера он ложился в постель и читал, пока не засыпал, в пять часов утра он был уже на ногах и после небольшой прогулки садился за занятия. К семи утра Никола шел на лекции, после которых проводил свободное время в лабораториях школы. Преподаватели и здесь, как раньше в начальной школе и реальном училище, предсказывали ему блестящее будущее. Декан технического факультета писал его отцу: "Ваш сын — звезда первой величины".

С осени 1876 года, продолжая увлекаться изучением электричества, он особенно охотно работал в лаборатории профессора Якова Пешля. На лекциях по электротехнике у Теслы зародилась мысль о несовершенстве машин постоянного тока. Еще не видя в натуре ни одной подобной машины, он в своем воображении совершенно ясно представил себе не только схему ее, но и конструктивные особенности и быстро пришел к убеждению в возможности и необходимости отказаться от электрических машин постоянного тока и перейти к использованию переменного тока. Мысль эта, будь она высказана в те годы, несомненно, была бы встречена как абсурдная. Да и кто бы поверил доводам юноши, никогда не видавшего ни одной электрической машины ни постоянного, ни переменного тока! Однако чем больше Тесла размышлял о достоинствах переменного тока, тем более он был убежден в своей правоте. Вскоре в школе была получена из Парижа машина Грамма, с которой профессор Пешль начал производить опыты, используя ее то в качестве генератора, то в качестве электродвигателя. В последнем случае щетки машины сильно искрили, и это окончательно убедило Теслу в необходимости создания электродвигателя, основанного на другом принципе, исключающем возможность таких помех, как искрение. Да и с точки зрения получения высокого коэффициента полезного действия электромашины постоянного тока, в обмотках которых первоначально образуется переменный ток, выпрямляемый затем с помощью коллектора в постоянный (генератор) или обратно — из постоянного в переменный (двигатель), являются машинами с неоправданными потерями. Значительно целесообразнее прямо получать переменный ток и использовать его для самых различных нужд, избегая коллектора. Идея для Теслы была ясна, но конструктивное оформление генератора и особенно электродвигателя переменного тока найти было не так-то легко. Тесла был убежден в полной осуществимости своей идеи и высказал ее профессору Пешлю. Но такая мысль показалась профессору кощунством. Целую лекцию посвятил он тому, чтобы перед всем курсом опровергнуть доводы Теслы. Шаг за шагом разбивал он их и в конце концов, казалось, убедил юного изобретателя в неосуществимости его идеи. — Тесла, несомненно, совершит великие дела, говорил Пешль, — но осуществить высказанную им идею ему никогда не удастся. То, что предлагает Тесла, сходно с действием гравитационных сил (сил все мирного тяготения. — Б. Р.), которые никогда не смогут вызвать вращения.

Тесла задумал создать вечный двигатель, перпетуум-мобиле, а это невозможно. Отбросьте же, дорогой Тесла, эти мысли и направьте ваши усилия на что-либо более реальное.

Что мог возразить профессору юноша, еще не имевший опыта? Однако один из аргументов Пешля — невозможность притяжением и отталкиванием магнитных полюсов создать вращение — показался Тесле несостоятельным. Его не остановило безапелляционное суждение такого авторитетного профессора, каким был Пешль. Тесла сам построил модель машины Грамма и внес в нее немало усовершенствований. Экспериментируя с этой моделью, он пришел к ряду весьма важных и оригинальных выводов. Как выяснилось позднее, многие электротехники, имевшие значительный практический опыт, пытались так же, как и он, превратить машину постоянного тока в двигатель переменного тока. Это были уже вполне самостоятельные искания. В них, правда, Тесла еще не находил опытного опровержения взглядов Пешля, однако интуитивно он чувствовал, что идет по правильному пути. В своей автобиографии он писал позднее:

"Интуиция — это нечто такое, что опережает точное знание. Наш мозг обладает, без сомнения, очень чувствительными нервными клетками, что позволяет ощущать истину, даже когда она еще недоступна логическим выводам или другим умственным усилиям. Под воздействием авторитета профессора я на некоторое время отказался от своей идеи, но быстро пришел к выводу, что я прав. И я принялся за работу со всем жаром и беспредельной верой юности".

Действительно, самостоятельность мысли, проявленная Теслой уже в этом юном возрасте (ему не было еще и двадцати одного года), чрезвычайно характерна для всего его научного творчества. Несмотря на повсеместное распространение постоянного тока, для Теслы уже тогда была ясна необходимость внимательного изучения свойств переменных токов. Мысль эта не покидала Теслу во все годы учения в Высшей технической школе. Она настолько овладела им, что, запустив основные занятия в школе, он дни и ночи проводил в поисках решения поставленной задачи — найти принцип, на основе которого можно было бы создать электродвигатель переменного тока.

Перейдя на третий курс, Тесла отдал дань шумным и подчас небезвредным развлечениям студентов. На это, по его словам, толкало не только желание развлечься, но и неудачи в достижении намеченной цели. Тесла начал посещать ночные кафе, где проводил время за азартной игрой в карты, бильярд, шахматы, домино. Счастье переменчиво, и он проигрывал большие суммы, выигрыши же всегда раздавал проигравшим и скоро прослыл чудаком. Страсть к азартной карточной игре вызвала большую тревогу матери, которая боялась, что карты могут помешать осуществлению жизненного плана ее сына. Но Никола уверял мать, что сможет отказаться от овладевшей им страсти, как только убедится, что она мешает ему.

Однажды, когда Тесла проводил каникулы в Госпиче, он сильно проигрался и попросил денег у матери. Мать заняла нужную сумму у своей приятельницы и дала ему деньги со словами: — Иди и веселись. Когда ты проиграешь все, что мы имеем, будет лучше. Думаю, что тогда-то ты сможешь справиться со своей страстью.

Тесла сначала проиграл все деньги, данные матерью, а затем даже те, что были отложены на оплату права учения в Высшей технической школе. Но в последний момент пришла удача, и Тесла начал выигрывать. Отыграны были деньги матери, проигрыши предыдущих дней, и к утру Тесла возвратился домой с огромной суммой. С той памятной ночи Тесла ни разу в жизни не садился за карточную игру. С такой же твердостью справился он и с другими своими слабостями. В 1878 году Тесла окончил Высшую техническую школу в Граце и в следующем году начал работать помощником инженера в городе Мариборе. Тогда же его постигло большое несчастье — умер отец. Семья осталась без средств к существованию.

И все же Тесла, исполняя волю отца, решил продолжать образование. Он поступил на философский факультет Пражского университета и в течение года изучал философию, математику и физику. Тяжелое материальное положение семьи заставило Николу Теслу в 1881 году прервать занятия в Пражском университете и искать работу. По совету Теодора Пушкаса — одного из друзей его дяди Иосипа Теслы — он поступил в Венгерскую правительственную телеграфную компанию в Будапеште в качестве инженера-электрика.

По инициативе Пушкаса, компания начала заниматься проведением телефонных линий и строительством центральной телефонной станции. Тесла с увлечением занялся этой работой. Он сделал ряд изобретений и, в частности, создал оригинальный усилитель голоса для телефона. Но все свое свободное время он по-прежнему отдавал размышлениям об электродвигателе.

Переутомление, вызванное чрезмерной работой, вновь вызвало редкое заболевание — все органы чувств Теслы стали необычайно восприимчивыми. Он мог видеть весьма отдаленные предметы, видеть ночью. Слух Теслы обострился настолько, что разговор шепотом казался ему криком, а тикание карманных часов в соседней комнате — ударами молота по наковальне. Прикосновение пальцев к любым предметам вызывало резкую боль. Легкое прикосновение к телу Никола воспринимал как удар, ощущал колебания кровати или кресла, вызываемые проезжавшими по улице повозками. Пульс его изменялся от тридцати до ста — ста двадцати ударов в минуту². На протяжении всей этой странной и страшной болезни Тесла боролся с нею, продолжая в полубреду проектировать свой электродвигатель. Временами ему казалось, что решение так близко, что стоит только выздороветь, как он создаст конструкцию, во всем отвечающую его идее.

Выздоровление и на этот раз пришло независимо от усилий докторов. Оно наступило внезапно, и трудно объяснить, чем было вызвано возвращение нормальных функций всем органам чувств. Самому Тесле казалось, что теперь он еще более ясно представляет себе все условия, необходимые для создания электродвигателя переменного тока.

В один из февральских дней 1882 года Тесла, едва оправившийся после болезни, прогуливался со своим школьным другом Сцигети в городском парке Будапешта. Друзья любовались великолепной картиной захода солнца. Тесла был в особо приподнятом настроении. Он цитировал любимых поэтов, читал наизусть строки из Гёте, радуясь, что болезнь не изгладила из памяти стихи, знакомые еще с детства:

Взгляни: уж солнце стало озарять

Сады и хижины прощальными лучами.

Оно заходит там, скрывается вдали

И пробуждает жизнь иного края…

О, дайте крылья мне, чтоб улететь с земли

И мчаться вслед за ним, в пути не уставая!

Произнеся эти слова, Тесла замер. Сцигети, не решаясь нарушить молчание, смотрел на длинную фигуру друга, находившегося как бы в состоянии транса. Через несколько минут, глядя на заходящее солнце, Тесла заговорил:

— А все-таки оно будет вращаться и в обратном направлении. Все зависит от моего желания. Сцигети, думая, что слова эти относятся к заходящему солнцу, не мог понять, что происходит с Теслой. Но Никола, увлеченный своими мыслями, быстро начал чертить тростью на песке схему электродвигателя переменного тока, основанного на использовании того, что впоследствии было названо вращающимся магнитным полем.

"В одно мгновение, — писал Тесла в автобиографии, — истина была открыта. Своею тростью я сделал на песке набросок принципа, который изложил шесть лет спустя на конференции в Американском институте электроинженеров. И мой друг, находившийся рядом со мною, понял мою мысль и выразил полное согласие с ней".

Подготовленное многолетними размышлениями открытие возможности создания и использования вращающегося магнитного поля — одно из величайших завоеваний технической мысли XIX века, ставшее основой всей современной электротехники, действительно пришло внезапно. Но это не было случайностью. Ни одно открытие не может возникнуть по наитию, без предварительных длительных размышлений и ясного представления стоящей перед изобретателем задачи. Рассказ об обстоятельствах, при которых было сделано это открытие, может быть поставлен в один ряд с легендами об открытии Архимедом своего знаменитого закона, о яблоке, упавшем с дерева перед Ньютоном, или о кипящем чайнике, крышка которого привлекла внимание Джемса Уатта. Все они справедливо говорят о последней, заключительной стадии великих открытий, подготовленных большими, порой многолетними поисками.

Наступил необычайно плодотворный период в творчестве Николы Теслы. В течение нескольких месяцев им были разработаны многочисленные конструкции электродвигателей переменного тока, основанные на применении принципа вращающегося магнитного поля. Тесла едва успевал наносить на бумагу все варианты, возникавшие в его голове. Однако работа в телефонном отделе Будапештского правительственного телеграфа не давала возможности практически осуществить изобретение Теслы, и он по совету Пушкаса и с его рекомендательным письмом отправился в Париж, чтобы поступить в Континентальную компанию Эдисона.

В конце 1882 года Тесла начал работу в компании в качестве инженера-электрика по монтажу электроустановок, строящихся в разных городах Центральной Европы. Здесь ему пришлось иметь дело с электрогенераторами и электродвигателями постоянного тока известного американского изобретателя и конструктора Томаса Альвы Эдисона. Вдумчивый инженер, глубоко исследовавший все особенности этих машин, Тесла предложил немало усовершенствований и вскоре стал пользоваться большим авторитетом. Одной из наиболее крупных работ, осуществляемых компанией, было сооружение электростанции для железнодорожного вокзала в Страсбурге. Однако дела здесь шли очень плохо, строительство не было закончено в срок. Компания попала в неудобное положение, и исправление его было поручено Николе Тесле. Его опыту и знаниям компания доверила одну из своих самых ответственных строек в Европе. В 1883 году Тесла переселился в Страсбург и энергично занялся исправлением допущенных ошибок и промахов при строительстве электростанции. Несмотря на исключительную занятость делами компании, Тесла сумел найти время и для работы в мастерских, где он собственноручно создал модель электродвигателя переменного тока своей конструкции. Модель прекрасно работала, что подтвердило теоретические соображения изобретателя.

Видя успешный ход работ на строительстве электростанции, мэр города Страсбурга Баузен заинтересовался молодым инженером. Тесла был приглашен к нему на завтрак, во время которого с увлечением рассказал о своих опытах, чем привлек внимание всех присутствовавших. Вскоре Баузен стал горячим поклонником таланта Николы Теслы и с интересом слушал его теоретические соображения о возможности получения и использования вращающегося магнитного поля для создания электродвигателя, значительно более простого, чем электродвигатель постоянного тока. Модель электродвигателя, изготовленная Николой, еще более убедила Баузена в огромных перспективах многофазных переменных токов, и он собрал у себя нескольких богатых страсбургских предпринимателей, перед которыми Тесла продемонстрировал работу модели. Двигатель действовал безотказно и наглядно выявил все преимущества переменного тока перед постоянным. Но на предложение приступить к выпуску этих двигателей никто из присутствующих не ответил согласием. Осторожные страсбургские буржуа не решились финансировать производство электродвигателей Теслы, предпочитая выждать, пока практика оправдает возлагаемые на них надежды. Тесла был подавлен. Он не мог понять, как можно отвергать проект, который в самое непродолжительное время может дать миру средство облегчить труд человека, неизмеримо повысить его производительность.

Строительство электростанции Страсбургского вокзала было закончено только весной 1884 года. Возвращаясь в Париж, Тесла ожидал получения большой награды, обусловленной при поездке в Страсбург в случае удачного выполнения задания. Кроме того, компания обещала награды и за все те усовершенствования машин Эдисона, которые были приняты фирмой. Эти средства Тесла хотел употребить на дальнейшие эксперименты по улучшению своей системы переменного тока, надеясь, что после этого, несомненно, удастся организовать массовое производство изобретенных им машин.

Но жизнь дала ему жестокий урок. Дельцы из Континентальной компании Эдисона не хотели так легко расставаться с 25 тысячами долларов, которые они должны были Тесле. Мистер Смит, к которому обратился Никола Тесла за получением обусловленных наград, послал его к мистеру Стиву. Тот, признавая право Теслы на награду, направил его к мистеру Ионесу, от которого надо было идти к мистеру Куку. После посещения еще двух мистеров Тесла получил указание обратиться снова к Смиту, который, выразив крайнее удивление, еще раз направил его к мистеру Стиву. Прогоняв изобретателя по цинично называемому в их среде "лошадиному кругу", эти дельцы добились желаемого — Тесла, оскорбленный подобным издевательством, отказался от работы в компании и решил попытаться осуществить свои замыслы в какой-либо другой стране.

Первая мысль его была поехать в Петербург, так как в России в те годы были сделаны многие важные для развития электротехники открытия и изобретения. Имена Павла Николаевича Яблочкова, Дмитрия Александровича Лачинова, Владимира Николаевича Чиколева³ и других были хорошо известны электрикам всех стран, статьи их печатались в наиболее распространенных электротехнических журналах мира и, несомненно, были известны и Тесле. Зная об их неутомимой деятельности и достигнутых результатах, он рассчитывал найти поддержку своим мыслям и планам. Намерение переехать в Петербург было уже близко к осуществлению, но случайное обстоятельство заставило Теслу изменить свое решение и искать счастья за океаном.

Узнав о проделке всех "мистеров" парижской конторы, один из администраторов Континентальной компании, Чарлз Бечлор, в прошлом ассистент и личный друг Эдисона, после многочасовой беседы уговорил Николу Теслу поехать в Америку и предложить Эдисону свои услуги по усовершенствованию машин.

— Согласитесь с тем, что ваше намерение ехать в Петербург неразумно, убеждал Бечлор, — вы не слыхали о судьбе бедного Яблочкова, едва не погибшего в своей лаборатории? Этот известный во всем мире изобретатель вынужден был покинуть свою родину и искать возможности усовершенствовать свое изобретение в Париже. А вы стремитесь из Парижа в Петербург. Послушайте меня, я хочу вам помочь. Поезжайте в Америку. Я дам вам письмо к Эдисону.

И Бечлор тут же написал коротенькую записку: "Было бы непростительной ошибкой дать возможность уехать в Россию подобному таланту. Вы еще будете мне благодарны, мистер Эдисон, за то, что я не пожалел нескольких часов для убеждения этого молодого человека отказаться от мысли ехать в Петербург. Я знаю двух великих людей — один из них вы, второй — этот молодой человек". Уговоры Бечлора подействовали, и поездка в Петербург не состоялась. Продав все свои книги и немногочисленные личные вещи, Тесла собрал небольшую сумму денег, едва достаточную для покупки билетов на поезд до Гавра и затем на небольшое судно, направлявшееся в Нью-Йорк. Наконец сборы окончены, билеты куплены. Прощальная прогулка по Парижу была полна воспоминаниями о несбывшихся надеждах и мечтами о близком осуществлении своего замысла.

Наутро Тесла отправился на вокзал. Багаж его состоял из маленького сверточка с бельем. Все остальное было рассовано по карманам. Наиболее ценные вещи — две тетради, в одной из которых мелким почерком были записаны мысли, вызванные изобретением, сделанным в Будапештском городском парке, а в другой стихи сербских и хорватских поэтов, — также лежали во внутреннем кармане пиджака.

На многолюдном перроне вокзала Гаврской железной дороги в Париже Тесла вновь отдался своим мыслям и вскоре обнаружил отсутствие свертка в руках и пропажу кошелька с деньгами и, главное, с обоими билетами. Пока он размышлял о создавшемся положении и искал выхода из него, поезд тронулся с места. Продолжая раздумывать, Тесла побежал за поездом, мысленно подсчитывая сохранившуюся в жилетных карманах мелочь. У самого конца перрона он все же принял решение и вскочил на подножку последнего вагона.

На следующей станции Тесла приобрел самый дешевый билет до Гавра. В порту он убедил владельца парохода в том, что его билет потерян, и так как к отходу парохода действительно не нашлось претендента на его место, "безбилетному" пассажиру было разрешено ехать до Нью-Йорка. Для Николы Теслы это путешествие было мучительной пыткой. Без соответствующей одежды, голодный, он просиживал большую часть времени в своей каюте. Счастливый случай пришел на помощь. Капитан парохода обратил внимание на странного пассажира и пригласил его к своему столу. Услышав историю молодого изобретателя, капитан предложил Тесле обедать вместе с ним все время пути. Будущий знаменитый инженер охотно принял это любезное приглашение, сделанное как нельзя кстати.

Но неожиданное нелепое происшествие нарушило благополучное путешествие. На палубе вспыхнула драка между матросами, причем, как это всегда бывает, команда разделилась на двегруппы. В разгар драки Тесла случайно очутился в ее центре, между обеими группами. Не имея ни малейшего желания участвовать в потасовке, он, однако, был вынужден защищаться от сыплющихся на него со всех сторон ударов. Будучи на целую голову выше самого высокого из матросов, длиннорукий, физически очень сильный, Тесла легко обеспечил свою безопасность. На беду на палубу выскочил капитан. По-видимому, вид дерущегося Теслы произвел на него неблагоприятное впечатление. Во всяком случае, он перестал приглашать беспокойного пассажира обедать в своем обществе.

К счастью, пароход вскоре прибыл в Нью-Йорк. Всего с четырьмя центами в кармане, никому не известный в этой стране, надеясь лишь на свою необычайную трудоспособность и преисполненный самых радужных надежд, вступил Никола Тесла на землю, прозванную "землей золотых обещаний". Скоро, очень скоро он узнал, что означают эти "обещания". Жизнь открыла ему глаза на их истинную цену.

Глава третья

_{У Эдисона. Иммигрант не понял "шутки". Годы нужды. Фирма "Никола Тесла и К°". Двигатель создан. Патенты и лекция.}

Без денег, полуголодный, сошел Никола Тесла на берег в Нью-Йорке. Решение немедленно отправиться к Эдисону он принял не без колебаний — ни костюм, ни состояние его не могли создать благоприятного впечатления. В раздумье шагал Тесла по незнакомым улицам в направлении, указанном полисменом. Рассматривая витрины магазинов и мастерских, Никола случайно увидел сквозь одну из них, как выбившийся из сил пожилой мужчина тщетно пытался наладить работу небольшого генератора, служившего для освещения. Тесла решительно вошел в помещение и предложил свои услуги.

Недоверчивое отношение владельца мастерской вскоре сменилось удивлением. Когда же генератор заработал и Тесла, довольный своим успехом, хотел удалиться, хозяин заставил его принять не только слова благодарности, но и небольшую сумму денег. Вряд ли когда-либо Тесла был более обрадован неожиданным заработком, чем на этот раз. Полученные им несколько долларов позволили прилично пообедать, снять номер в гостинице.

На следующее утро Тесла отправился в контору Нью-Йоркского отделения Общества электрического освещения Эдисона. Здесь, в старинном доме на Пятой авеню, помещались лаборатория, мастерские и личный кабинет Томаса Альвы Эдисона. Отыскать этот дом было нетрудно — с утра до поздней ночи около него толпились любопытные, привлеченные редкой по тем временам рекламой Общества электрического освещения.

— Могу ли я видеть мистера Эдисона? — спросил Тесла секретаря.

— Мистер Эдисон не имеет возможности принимать всех желающих его видеть, — последовал ответ. — Но я специально прибыл для этого из Европы.

Секретарь Эдисона подняла глаза на высокого худощавого мужчину и без тени удивления сказала: — К мистеру Эдисону приезжают и из других частей света, но это не увеличивает числа часов в сутках.

— Тогда я попрошу вас передать мистеру Эдисону письмо, которое я привез ему от Чарлза Бечлора. — О! Это другое дело. Я сейчас же доложу о вас мистер, мистер… Тесла. Никола Тесла. Через несколько минут Никола Тесла вошел в кабинет того, кого во всех уголках США называли "волшебником из Менло-парка".

Прославленный изобретатель прочитал письмо Бечлора и внимательно выслушал Николу Теслу, но остался совершенно равнодушным к его идеям применения многофазных переменных токов. Он и раньше из сообщений Континентальной компании знал кое-что о своем посетителе и ценил в молодом инженере только его действительно исключительную работоспособность.

Эдисон познакомил Теслу с Итоком, председателем Нью-Йоркского отделения общества, и рекомендовал его как опытного инженера-электрика. Тесла немедленно был принят в мастерские общества на скромную должность инженера по ремонту электродвигателей и генераторов постоянного тока. Вскоре Нью-Йоркское отделение общества получило заказ на ремонт генератора на корабле "Орегон", который должен был отплыть в Европу — к вечеру следующего дня. Казалось невозможным в такой короткий срок найти и устранить неисправность в генераторе. Отмена же рейса потребовала бы уплаты большой неустойки, так как все билеты на судно были распроданы.

Дело поручили Тесле. Опыт работы в Европе и глубокие знания помогли ему быстро установить неисправность генератора — короткое замыкание витков обмотки — и устранить ее, перемотав сгоревшую катушку. Для этого Тесле пришлось проработать свыше двадцати часов, не сходя с судна. Эдисон и Иток остались очень довольны Теслой, но Эдисон высказал свое удовлетворение лишь нескольким близким друзьям.

После этого случая авторитет Теслы как инженера сильно возрос, хотя Эдисон относился к нему довольно холодно. С увлечением работая в мастерских по восемнадцать-двадцать часов в сутки, Тесла все же находил время для разработки вопросов использования многофазных переменных токов. Эдисон все более и более открыто высказывал неодобрение направлению личных изысканий Теслы. Вскоре между Эдисоном, стремившимся главным образом к разработке изобретений, обещавших быструю реализацию и значительные доходы, и "философствующим", как назвал его Эдисон, Николой Теслой наметились серьезные разногласия. Их взаимную холодность к тому же усугубил совершенно различный подход обоих изобретателей к решению инженерных проблем. Эдисон отрицал необходимость теоретических предпосылок экспериментальных исследований. Решение поставленной задачи он находил путем производства огромного числа разнообразных опытов, что требовало значительных, часто совершенно неоправданных затрат труда.

Однажды в дружеской беседе с Итоком Тесла так охарактеризовал метод работы Эдисона: — Если бы ему понадобилось найти иголку в стоге сена, он не стал бы терять времени на то, чтобы определить наиболее вероятное место ее нахождения, но немедленно, с лихорадочным прилежанием пчелы начал бы осматривать соломинку за соломинкой, пока не нашел бы предмета своих поисков. Его методы крайне неэффективны: он может затратить огромное количество энергии и времени и не достигнуть ничего, если только ему не поможет счастливая случайность. Вначале я с печалью наблюдал за его деятельностью, понимая, что небольшие теоретические знания и вычисления сэкономили бы ему тридцать процентов труда. Но он питал неподдельное презрение к книжному образованию и математическим знаниям, доверяясь всецело своему чутью изобретателя и здравому смыслу американца.

Узнав об этой оценке своей деятельности, Эдисон ответил Тесле словами, смысл которых почти полностью совпал с тем, что позднее было произнесено им в день своего сорокалетия в 1887 году: — Я не исследую законов природы и не сделал крупных открытий. Я не изучал их так, как изучали их Ньютон, Кеплер, Фарадей и Генри для того, чтобы узнать истину. Я только профессиональный изобретатель. Все мои изыскания и опыты производились исключительно в целях отыскать что-либо имеющее практическую ценность.

В противоположность Эдисону Тесла любую возникавшую у него идею глубоко и всесторонне обдумывал, основывал теоретически все положения и приступал к экспериментальной проверке лишь того, что было им тщательно отобрано среди различных вариантов. Тесла совмещал в себе и выдающегося и блестящего экспериментатора, причем именно первый преобладал в нем.

Это различие методов работы двух выдающихся инженеров отражает глубокую противоположность их образа мышления, их теоретической подготовки, их внутренних убеждений. Изобретатель-экспериментатор и изобретатель-ученый шли в своей творческой деятельности различными путями. До некоторых пор эти различия не мешали совместной работе обоих инженеров. Однако вскоре они стали поводом многочисленные споров и значительно обострили отношения между Н. Теслой и Эдисоном.

Несмотря на это, увлечение Теслы работой было необычайным. Он приходил в мастерские в десять часов тридцать минут утра и трудился до пяти часов утра следующих суток. Не обзаведясь ни постоянным жильем, ни семьей, Тесла часто оставался отдохнуть на несколько часов здесь же в мастерской. Насколько Эдисон ценил это качество, видно хотя бы из той характеристики, которую он дал одному из своих помощников. Возможно, это было сказано именно о Тесле, возможно, и о ком-либо другом, но слова эти полностью могут быть отнесены к нему: "Когда он чувствовал потребность в отдыхе, — писал Эдисон, — он ложился на скамейку, — здесь же в мастерской и после 20 минут сна вставал свежий и бодрый. В этом отношении был он чрезвычайно похож на меня, и я очень гордился тем, что мне, наконец, удалось найти такого человека".

Но взгляды обоих изобретателей, обладавших изумительной работоспособностью, на цель интенсивной деятельности человека были прямо противоположны. Эдисон считал идеальными и образцовыми для всего общества порядки своей лаборатории, в которой сотрудники работали по 20 часов в сутки, отдыхая не более четырех. Тесла, возражая на это, говорил, что он отдает все свои силы созданию такой техники, которая сделала бы достаточным четырехчасовой рабочий день, давая возможность всем людям двадцать часов в сутки использовать для отдыха и учения.

Однажды Эдисон предложил Николе Тесле разработать конструктивные улучшения электрических машин постоянного тока, изобретенных самим Эдисоном. В случае успешного решения поставленной задачи он обещал премию в 50 тысяч долларов. Тесла принялся за дело и вскоре сконструировал двадцать четыре различные разновидности машины Эдисона, создав для нее новый коммутатор и регулятор, чем значительно улучшил эксплуатационные качества этих наиболее распространенных в то время в США электрогенераторов и электродвигателей.

Работа доставила Тесле большое удовлетворение — его усовершенствования полностью решали задачи, поставленные, но не решенные самим Эдисоном. К тому же заслуженная премия должна была дать возможность организовать опыты по дальнейшему совершенствованию разработанной Теслой и системы машин многофазных переменных токов.

Эдисон полностью одобрил все предложения Теслы, но по поводу обещанных 50 тысяч долларов сказал, что, по-видимому, иммигрант, недавно живущий в США, еще плохо понимает американский юмор, и что обещание этой награды было не более чем шуткой.

Вряд ли знал Эдисон, какую глубокую травму нанес он впечатлительному и доверчивому изобретателю. На всю жизнь запомнил Тесла эту злую шутку, так грубо разрушавшую все его мечты о дальнейшей работе. Значит, в мире, где все продается и покупается, нет слова чести. И Тесле было особенно больно оттого, что этот урок капиталистических нравов ему преподал человек науки, талантливый и знаменитый. Несмотря на полную материальную необеспеченность, гордый и щепетильный иммигрант немедленно отказался от дальнейшей работы у Эдисона. Это произошло весной 1885 года, всего через год после приезда его в США. За этот небольшой срок Тесла приобрел известность в деловых кругах США, ценивших в нем глубокие и разносторонние знания в области электротехники и работоспособность.

Узнав о разрыве между Теслой и Эдисоном, группа электротехников-дельцов предложила Тесле организовать собственное общество электрического освещения. Но, выслушав его проекты применения переменного тока, они отказались от своего первоначального предложения и ограничились советом создать проект дуговой лампы, пригодной для освещения улиц и площадей.

Через год Тесла разработал конструкцию такой лампы⁴. Однако вместо оплаты дельцы, с которыми имел дело Тесла, дали ему часть акций созданной компании по эксплуатации его изобретения и постарались отделаться от него. На протесты Теслы последовала разнузданная кампания клеветы, причем самого его пытались опорочить как инженера и изобретателя. В глубоком отчаянии Тесла пришел к убеждению, что Новый Свет (как тогда называли Америку) ничем не лучше Старого.

С осени 1886 года до весны 1887 года он перепробовал самые различные профессии: работал поденщиком, грузчиком, рыл канавы. Год, прожитый в необычайных лишениях, когда он, по собственному признанию, "спал, где придется, ел, что найдет", подействовал на него угнетающе. "Я жил этот год со слезами и сердечной болью", — писал позднее Никола Тесла. Почти умирающий с голоду, затравленный материальной нуждой, хорошо оценивший все прелести "земли золотых обещаний", он уже окончательно решил уехать обратно в Европу.

В апреле 1887 года Тесла познакомился с инженером Брауном, близким к некоторым руководителям Западной телеграфной компании, но в это время вынужденным, как Никола, жить случайными заработками. После нескольких месяцев совместной работы Браун, увлеченный смелыми мыслями изобретателя, уговорил своих знакомых оказать Тесле небольшую финансовую помощь для создания общества электрического освещения. Сам Браун внес весь свой наличный капитал — пятьдесят долларов — в дело, которое, по его твердому убеждению, вскоре должно было принести миллионные прибыли. Но Тесла и не думал о прибылях. Обрадованный возможностью продолжать работу над совершенствованием своего изобретения, он согласился с друзьями Брауна, советовавшими создать собственную компанию "Тесла арк лайт компании" лишь для того, чтобы иметь мастерские, в которых он мог бы экспериментировать со своими машинами переменного тока.

На этот раз Тесле повезло. Созданная им компания вскоре начала осуществлять в больших масштабах освещение улиц и площадей городов США дуговыми лампами Теслы. Деятельность ее приобрела огромный размах. Появились надежды на такие доходы, о которых Тесла ранее не смел и мечтать. По какой-то прихоти он нанял помещение под контору своей компании в доме № 35 на Пятой авеню, неподалеку от дома Общества электрического освещения Эдисона. Между двумя изобретателями началась жестокая конкурентная борьба, отражающая соперничество между постоянным и переменным током. На стороне Эдисона был могущественный союзник — банкирский дом Моргана. И хотя финансовая мощь той или иной компании всегда оказывалась сильнее всех других доводов, сильнее научных фактов, "Тесла электрик компани", не имевшая влиятельные покровителей, все же постепенно расширяла свою деятельность. Вскоре Тесла организовал общество "Тесла электрик компани", значительно более мощное, имевшее необходимые средства для обеспечения постановки опытов в области переменных токов.

Получив возможность продолжить изобретательскую деятельность, Тесла снова Загорелся. Несмотря на то, что со времени его открытия в Будапештском парке прошло пять лет, он помнил до мельчайших подробностей все продуманные тогда схемы электродвигателей многофазного переменного тока. В мастерских "Тесла электрик компани" он создал модели генераторов, электродвигателей, трансформаторов и всей аппаратуры, необходимой для эксплуатации устройств переменного двухфазного тока.

Построенные им двухфазные электродвигатели обладали свойствами, близкими к свойствам лучших электродвигателей постоянного тока, и обещали в будущем еще более хорошие результаты. Большое значение для дальнейших успехов Теслы в области конструирования электродвигателей переменного тока имело признание профессором Корнельского университета Антони эффективности двухфазного тока.

Антони заявил, что на основании испытания модели, переданной Теслой в Корнельский университет в 1886 году, можно утверждать: электродвигатели двухфазного тока обладают коэффициентом полезного действия не ниже электродвигателей постоянного тока, соединяя это свойство со значительной простотой.

Антони доказал также, что теория, на основе которой построены эти двухфазные электродвигатели, распространима не только на систему с частотой в 60 периодов в секунду (частота модели Теслы), но и на весь диапазон от более высоких (133) до более низких (25) частот. Успешные испытания созданных Теслой электродвигателей переменного многофазного тока привели к тому, что 12 октября 1887 года он подал в Патентную комиссию США заявку на патент. В ней были описаны его научные открытия и изобретения, относящиеся к новой системе передачи электроэнергии с помощью переменного тока. Однако поверенный Николы Теслы, представитель конторы "Дункан, Куртье и Пеж", посоветовал отказаться от такого обобщенного патента и разделить его на ряд отдельных. Тесла согласился, но разделил заявку лишь на две части. По обеим заявкам 1 мая 1888 года Николе Тесле были выданы ставшие затем знаменитыми патенты за номерами 381968 и 382280. В тот же день Тесла послал патентные заявки на свое изобретение в Англию и Германию и вскоре получил патенты и в этих странах.

Неумолимы законы капиталистического мира. Только запатентовав свои изобретения, Никола Тесла смог выступать публично с подробным изложением совершенных им открытий. Теперь он охотно принял предложение президента Американского института электроинженеров Томаса Камерфорда Мартина прочесть лекцию в этом институте — честь, которой в те годы удостаивались лишь немногие. 16 мая 1888 года Тесла изложил свои мысли в лекции "Новая система двигателей переменного тока и трансформаторов". Эта лекция была затем опубликована в электротехнических журналах разных стран и принесла Тесле мировую известность. Оценивая ее значение для развития электротехники, видный американский конструктор электрических машин Б. А. Беренд, бывший в 1888 году одним из слушателей Теслы, позднее говорил: "Со времени появления экспериментальных исследований Фарадея в области электротехники никогда ни одна экспериментальная истина не была представлена так просто и понятно, как описание Теслой его способа получения и использования многофазных переменных токов. Его имя делает эпоху в развитии науки об электричестве. В результате его исследований произошла революция в электротехнике".

Итак, патенты получены, в лекции разъяснены все недоуменные вопросы, изобретение Николы Теслы получило признание во всем мире. Теперь и мы можем подробнее познакомить читателя с открытием Теслы, рассказать о значении сделанного им изобретения, выяснить, справедлива ли столь восторженная оценка его трудов.

Глава четвертая

_{Из истории электротехники. "Сказка об электричестве". Века и люди. Тесла или Феррарис? Михаил Осипович Доливо-Добровольский.}

Начнем наш рассказ словами самого Теслы, написавшего незадолго до смерти замечательный очерк истории электротехники "Сказку об электричестве": "Кто действительно хочет помять все величие нашего времени, тот должен познакомиться с историей науки об электричестве. И тогда он узнает сказку, какой нет и среди сказок "Тысячи и одной ночи".

Впервые явления, ныне называемые электрическими, были замечены в древнем Китае, Индии, а позднее в древней Греции. Сохранившиеся предания гласят, что древнегреческому философу Фалесу Милетскому (640–550 гг. до н. э.) было уже известно свойство янтаря, натертого мехом или шерстью, притягивать обрывки бумаги, пушинки и другие легкие тела. От греческого названия янтаря "электрон" — явление это позднее получило наименование электризации.

Об янтаре в "Сказке" Теслы мы находим следующие поэтические строки: "Рассказ начинается задолго до начала нашей эры, в те времена, когда Фалес, Теофраст и Плиний говорили о чудесных свойствах "электрона" (янтаря), этого удивительного вещества, возникшего из слез Гелиад, сестер несчастного юноши Фаэтона, который пытался овладеть колесницей Феба и едва не сжег всю землю" Однако, создав поэтические легенды о янтаре, греки не продолжали изучения его свойств. Римляне ничего не прибавили к знаниям древних греков, а в средние века было забыто и то, что знали о янтаре в древнем мире. Только в конце XVI века придворный врач английской королевы Елизаветы Уильям Гильберт изучил все, что было известно о свойствах янтаря древним народам, и сам провел немало опытов с янтарем и магнитами. В 1600 году он издал большой труд "О магните, магнитных телах и о самом большое магните — Земле" — настоящий свод знаний того времени об электричестве и магнетизме.

Гильберт впервые обнаружил, что свойства электризации присущи не только янтарю, но и алмазу, сере, смоле. Он заметил также, что некоторые тела, например металлы, камни, кость, не электризуются, и разделил все тела, встречающиеся в природе, на электризуемые и неэлектризуемые. Обратив особое внимание на первые, он производил опыты по изучению их свойств. В середине XVII века известный немецкий ученый, бургомистр города Магдебурга, изобретатель воздушного насоса Отто фон Герике построил специальную "электрическую машину", представлявшую шар из серы величиной с детскую голову, насаженный на ось. Если при вращении шара его натирали ладонями рук, он вскоре приобретал свойство притягивать и отталкивать легкие тела. На протяжении нескольких столетий машину Герике значительно усовершенствовали англичанин Хоксби, немецкие ученые Бозе, Винклер и другие. Опыты с этими машинами привели к ряду важных открытий: в 1707 году французский физик дю Фей обнаружил различие между электричеством, получаемым от трения стеклянного шара (или круга) и получаемым от трения крута из древесной смолы. В 1729 году англичане Грей и Уилер обнаружили способность некоторых тел проводить электричество и впервые указали на то, что все тела можно разделить на проводники и непроводники электричества.

Но значительно более важное открытие было описано в 1729 году Мушенбреком — профессором математики и философии в городе Лейдене. Он обнаружил, что стеклянная банка, оклеенная с обеих сторон оловянной фольгой (листочками станиоля), способна накапливать электричество. Заряженное до определенного потенциала (понятие о котором появилось значительно позднее), это устройство могло быть разряжено со значительным эффектом — большой искрой, производившей сильный треск, подобный разряду молнии, и оказывавшей физиологические действия при прикосновении рук к обкладкам банки. От названия города, где производились опыты, прибор, созданный Мушенбреком, был назван лейденской банкой. Исследования ее свойств производились в различных странах и вызвали появление множества теорий, пытавшихся объяснить обнаруженное явление конденсации заряда.

Одна из теорий этого явления была дана, выдающимся американским ученым и общественным деятелем Вениамином Франклином, который указал на существование положительного и отрицательного электричества. С точки зрения этой теории Франклин объяснил процесс заряда и разряда лейденской банки и доказал, что ее обкладки можно произвольно электризовать разными по знаку электрическими зарядами.

Франклин, как и русские ученые М. В. Ломоносов и Г. Рихман, уделил немало внимания изучению атмосферного электричества, грозового разряда (молнии). Как известно, Рихман погиб, производя опыт по изучению молнии.

Работы русских академиков Эпинуса, Крафта и других выявили целый ряд весьма важных свойств электрического заряда, но все они изучали электричество в состоянии неподвижном или мгновенный раз ряд его, то есть свойства статического электричества. Движение его проявлялось лишь в форме разряда. Об электрическом токе, то есть о непрерывном движении электричества, еще ничего не было известно.

Практическое значение накопленных за два столетия знаний об электричестве было сравнительно невелико. Это объясняется тем, что потребности практики, промышленности не выдвигали перед наукой требований познания электричества и изучения возможности его использования. "Об электричестве мы узнали кое-что разумное только с тех пор, как была открыта его техническая применимость", — писал Энгельс в письме к Г. Штаркенбургу 25 января 1894 года.

Самым крупным открытием в этой области в XVIII веке было обнаружение в 1791 году итальянским анатомом Луиджи Гальвани появления электричества при соприкосновении двух разнородных металлов с телом препарированной лягушки. Сам Гальвани ошибочно считал, что это явление вызывается наличием особого животного электричества.

Но вскоре другой итальянский ученый, Алессандро Вольта, дал иное объяснение этим опытам. Он экспериментально доказал, что электрические явления, которые наблюдал Гальвани, объясняются только тем, что определенная пара разнородных металлов, разделенная слоем специальной электропроводящей жидкости, служит источником электрического тока, протекающего по замкнутым проводникам внешней цепи.

Эта теория, разработанная А. Вольтой в 1794 году, позволила создать первый в мире источник электрического тока в виде так называемого Вольтова столба. Последний представлял набор кружков из двух металлов (меди и цинка), разделенные прокладками из войлока, смоченного в соляном растворе или щелочи. Описание этого прибора, изготовленного в конце 1799 года, дано в письме А. Вольты к президенту Лондонского королевского общества Банксу от 20 марта 1800 года. Надо заметить, что и Гальвани был недалек от истины: как это установили позднее, в любом организме жизненные процессы сопровождаются возникновением электричества, которое с полным основанием может быть названо животным, не имеющим, однако, ничего общего с электричеством, открытым самим Гальвани.

Одним из первых глубоко исследовал свойства электрического тока в 1801–1802 годах петербургский академик В. В. Петров. Работы этого выдающегося ученого, построившего самую крупную в мире в те годы батарею из 4200 медных и цинковых кружков, установили возможность практического использования электрического тока для нагрева проводников. Кроме того, Петров наблюдал явление электрического разряда между концами слегка разведенных углей как в воздухе, так и в других газах и вакууме, получившее название электрической дуги. В. В. Петров не только описал открытое им явление, но и указал на возможность его использования для освещения или плавки металлов и тем самым впервые высказал мысль о практическом применении электрического тока. С этого момента и должно начинать историю электротехники как самостоятельной отрасли техники⁵.

Опыты с электрическим током привлекали внимание многих ученых разных стран. В 1802 году итальянский ученый Романьози обнаружил отклонение магнитной стрелки под влиянием электрического тока, протекавшего по расположенному вблизи проводнику. В конце 1819 года это явление было вновь наблюдаемо датским физиком Эрстедом, который в марте 1820 года опубликовал на латинском языке брошюру под заглавием "Опыты, касающиеся действия электрического конфликта на магнитную стрелку". В этом сочинении "электрическим конфликтом" был назван электрический ток.

Небольшая, всего в пять страниц, книжка Эрстеда в том же году была издана в Копенгагене на шести языках. Сами опыты его были повторены осенью 1820 года швейцарским естествоиспытателем де ля Ривом на съезде естествоиспытателей в Женеве. На этом съезде присутствовал член Парижской Академии наук Араго, который по возвращении показал в заседании академии опыт Эрстеда. Еще до конца 1820 года Араго провел ряд исследований, из которых наиболее важным было открытие в 1824 году явления увлечения медного диска вращающимся вблизи него магнитом. Это явление, названное "магнетизмом вращения", долгое время оставалось лишь эффектным физическим опытом. Но позднее именно оно послужило основой многих практических изобретений и, в частности, электродвигателя переменного тока.

Большое значение имели также открытие Био и Саваром законов действия тока на магнитную стрелку. Особо следует сказать о деятельности замечательного ученого Андре Мари Ампера, положившего начало изучению динамических действий электрического тока и установившему целый ряд законов электродинамики.

Едва лишь Араго продемонстрировал на заседании Парижской Академии наук опыт Эрстеда, как Ампер, повторив его, 18 сентября 1820 года, ровно через неделю, представил в академию сообщение о своих исследованиях. На следующем заседании, 25 сентября, Ампер докончил чтение доклада, в котором он изложил законы взаимодействия двух токов, протекающих по параллельно расположенным проводникам. С этого момента академия еженедельно слушала новые сообщения Ампера о его опытах, завершивших открытие и формулирование основных законов электродинамики.

Одной из важнейших заслуг Ампера было то, что он впервые объединил два разобщенных ранее явления — электричество и магнетизм — одной теорией электромагнетизма и предложил рассматривать их как результат единого процесса природы. Эта теория, встреченная современниками Ампера с большим недоверием, была весьма прогрессивной и сыграла огромную роль в правильном понимании открытых позднее явлений.

Через пять лет после первых работ Ампера был построен первый электромагнит, и началось глубокое изучение законов электромагнетизма. В 1827 году немецкий ученый Георг Ом открыл один из фундаментальных законов электричества, устанавливающий основные зависимости между силой тока, напряжением и сопротивлением цепи, по которой протекает электрический ток; в 1847 году Кирхгоф сформулировал законы развертывания токов в сложных цепях.

Открытия Эрстеда, Араго, Ампера заинтересовали гениального английского физика Майкла Фарадея и побудили его заняться всем кругом вопросов о превращении электрической и магнитной энергии в механическую. В 1821 году он нашел еще одно решение поставленной задачи превращения электрической и магнитной энергии в механическую и продемонстрировал свой прибор, в котором он получал явление непрерывного электромагнитного вращения. В тот же день Фарадей записал в свой рабочий дневник обратную задачу: "Превратить магнетизм в электричество". Более десяти лет потребовалось, чтобы решить ее и найти способ получения электрической энергии из магнитной и механической. Лишь в конце 1831 года Фарадей сообщил об открытии им явления, названного затем электромагнитной индукцией и составляющего основу всей современной электроэнергетики.

Исследование Фарадея и работы русского академика Э. X. Ленца, сформулировавшего закон, по которому можно было определить направление электрического тока, возникающего в результате электромагнитной индукции, дали возможность создать первые электромагнитные генераторы и электродвигатели.

Вначале электрогенераторы и электродвигатели развивались независимо друг от друга, как две совершенно разные машины. Первый изобретатель электрического генератора, основанного на принципе электромагнитной индукции, пожелал остаться неизвестным. Произошло это так. Вскоре после опубликования доклада Фарадея в Королевском обществе, в котором было изложено открытие электромагнитной индукции, ученый нашел в своем почтовом ящике письмо, подписанное инициалами Р. М. Оно содержало описание первого в мире синхронного генератора и приложенный к нему чертеж. Фарадей, внимательно разобравшись в этом проекте, направил письмо Р. М. и чертеж в тот же журнал, в котором был в свое время помещен его доклад, надеясь, что неизвестный изобретатель, следя за журналом, увидит опубликованным не только свой проект, но и сопровождающее его письмо Фарадея, исключительно высоко оценивающее изобретение Р. М.

Действительно, спустя почти полгода Р. М. прислал в редакцию журнала дополнительные разъяснения и описание предложенной им конструкции электрогенератора, но и на этот раз пожелал остаться неизвестным. Имя истинного создателя первого электромагнитного генератора так и осталось скрытым под инициалами, и человечество до сих пор, несмотря на тщательные розыски историков электротехники, остается в неведении, кому же оно обязано одним из важнейших изобретений. Машина Р. М. не имела устройства для выпрямления тока и была первым генератором переменного тока. Но этот ток, казалось, не мог быть использован для дугового освещения, электролиза, телеграфа, уже прочно вошедших в жизнь. Необходимо было, по мысли конструкторов того времени, создать машину, в которой можно было бы получать ток постоянным по направлению и величине.

Почти одновременно с Р. М. конструированием генераторов занимались братья Пикси и профессор физики Лондонского университета и член Королевского общества В. Риччи. Созданные ими машины имели специальное устройство для выпрямления переменного тока в постоянный — так называемый коллектор. Дальнейшее развитие конструкций генератора постоянного тока шло необычайно быстрыми темпами. Менее чем за сорок лет динамо-машина приобрела почти полностью форму современного генератора постоянного тока. Правда, обмотка этих динамо-машин была распределена по окружности неравномерно, что ухудшало работу таких генераторов — напряжение в них то возрастало, то снижалось, вызывая неприятные толчки.

В 1870 году Зенобей Грамм предложил особую, так называемую кольцевую обмотку якоря динамо-машины. Равномерное распределение обмотки якоря давало возможность получать совершенно равномерное напряжение в генераторе и такое же вращение двигателя, что значительно улучшило свойства электрических машин. По существу, изобретение это повторяло то, что было уже создано и описано в 1860 году итальянским физиком Пачинноти, но прошло незамеченным и осталось неизвестным 3. Грамму. Машины с кольцевым якорем получили особенно большое распространение после того, как на Венской всемирной выставке в 1873 году была обнаружена обратимость электрических машин Грамма: одна и та же машина при вращении якоря давала электрический ток, при протекании тока через якорь вращалась и могла быть использована в качестве электродвигателя.

С этого времени начинается быстрый рост применения электродвигателей и все расширяющееся потребление электроэнергии, чему немало способствовало изобретение П. Н. Яблочковым способа освещения с помощью так называемой "свечи Яблочкова" — дуговой электролампы с параллельным расположением углей.

Простота и удобство "свечей Яблочкова", заменивших дорогие, сложные и громоздкие дуговые фонари с регуляторами для непрерывного сближения сгорающих углей, вызвали их повсеместное распространение, и вскоре "свет Яблочкова", "русский" или "северный" свет, освещал бульвары Парижа, набережные Темзы, проспекты столицы России и даже древние города Камбоджи. Это было подлинным триумфом русского изобретателя⁶.

Но для питания этих свечей электроэнергией потребовалось создание особых электрогенераторов, дающих не постоянный, а переменный ток, то есть ток, хотя бы и не часто, но непрерывно меняющий свою величину и направление. Это было необходимо потому, что угли, соединенные с разными полюсами генератора постоянного тока, сгорали неравномерно — анод, подключенный к положительному, сгорал вдвое быстрее катода. Переменный ток попеременно превращал анод в катод и тем самым обеспечивал равномерное сгорание углей. Специально для питания "свечей Яблочкова" и был создан самим П. Н. Яблочковым, а затем усовершенствован французскими инженерами Лонтеном и Граммом генератор переменного тока. Однако о двигателе переменного тока еще не возникало и мысли.

Вместе с тем для раздельного питания отдельных свечей от генератора переменного тока изобретателем был создан особый прибор — индукционная катушка (трансформатор), позволявший изменять напряжение тока в любом ответвлении цепи в соответствии с числом подключенных свечей. Вскоре растущие потребности в электроэнергии и возможности получения ее в больших количествах вступили в противоречие с ограниченными возможностями передачи ее на расстояние. Применявшееся в то время низкое напряжение (100–120 вольт) постоянного тока и передача его по проводам сравнительно небольшого сечения вызывали огромные потери в линиях передачи. С конца 70-х годов прошлого столетия основной проблемой, от успешного решения которой зависело все будущее электротехники, стала проблема передачи электроэнергии на значительные расстояния без больших потерь.

Первое теоретическое обоснование возможности передачи любых количеств электроэнергии на любые расстояния по проводам сравнительно небольшого диаметра без значительных потерь путем повышения напряжения было дано профессором физики Петербургского лесного института Д. А. Лачиновым в июле 1880 года. Вслед за этим французский физик и электротехник Марсель Депре в 1882 году на Мюнхенской электротехнической выставке осуществил передачу электроэнергии в несколько лошадиных сил на расстояние 57 километров с коэффициентом полезного действия в 38 процентов.

Позднее Депре произвел еще ряд опытов, осуществив передачу электроэнергии на расстояние в сотню километров и доведя мощность передачи до нескольких сот киловатт. Дальнейшее увеличение расстояния требовало значительного повышения напряжения. Депре довел его до 6 тысяч вольт и убедился, что изоляция пластин в коллекторе генераторов и электродвигателей постоянного тока не позволяет достигнуть более высокого напряжения.

Несмотря на все эти трудности, в начале 80-х годов развитие промышленности и концентрация производства все более и более настоятельно требовали создания нового двигателя, более совершенного, чем широко распространенная паровая машина. Уже было ясно, что электростанции выгодно строить вблизи месторождений угля или на реках с большим падением воды, в то время как фабрики возводить поближе к источникам сырья. Это зачастую требовало передачи огромных количеств электроэнергии к объектам ее потребления на значительные расстояния. Такая передача была бы целесообразна лишь при применении напряжения в десятки тысяч вольт. Но получить такое напряжение в генераторах постоянного тока было невозможно. На помощь пришли переменный ток и трансформатор: пользуясь ими, стали производить переменный ток низкого напряжения, затем повышать его до любой требуемой величины, передавать на расстояние высоким напряжением, а на месте потребления снова снижать до требуемого и использовать в токоприемниках. Но… снова возникало "но"…

Еще не существовало электродвигателей переменного тока. Ведь уже в начале 80-х годов электроэнергия потреблялась главным образом для силовых нужд. Электродвигатели постоянного тока для привода самых различных машин применялись все чаще и чаще. Создать электродвигатель, который мог бы работать на переменном токе, стало основной задачей электротехники. В поисках новых путей всегда необходимо оглянуться назад. Не было ли в истории электротехники чего-либо такого, что могло бы подсказать путь к созданию электродвигателя переменного тока? Поиски в прошлом увенчались успехом. Вспомнили: еще в 1824 году Араго демонстрировал опыт, положивший начало множеству плодотворных исследований. Речь идет о демонстрации "магнетизма вращения". Медный (не магнитный) диск увлекался вращающимся магнитом.

Возникла идея, нельзя ли, заменив диск витками обмотки, а вращающийся магнит вращающимся магнитным полем, создать электродвигатель переменного тока? Наверное, можно, но как получить вращение магнитного поля?

В эти годы было предложено много различных способов применения переменного тока. Добросовестный историк электротехники должен будет назвать имена различных физиков и инженеров, пытавшихся в середине 80-х годов создать электродвигатели переменного тока. Он не забудет напомнить об опытах Бейли (1879 г.), Марселя Депре (1883 г), Бредли (1887 г.), о работах Венстрома, Хазельвандера и многих других. Предложения, несомненно, были очень интересны, но ни одно из них не могло удовлетворить промышленность: электродвигатели их были либо громоздки и неэкономичны, либо сложны и ненадежны. Не был еще найден сам принцип постройки простых экономичных и надежных электродвигателей переменного тока.

Именно в этот период и начал, как мы уже знаем, поиски решения этой задачи Никола Тесла. Он шел своим путем, путем размышлений над сущностью опыта Араго, и предложил коренное решение возникшей проблемы, сразу же оказавшееся приемлемым для практических целей. Еще в Будапеште весной 1882 года Тесла ясно представил себе, что если каким-либо образом осуществить питание обмоток магнитных полюсов электродвигателя двумя различными переменными токами, отличающимися друг от друга лишь сдвигом по фазе, то чередование этих токов вызовет переменное образование северного и южного полюсов или вращение магнитного поля. Вращающееся магнитное поле должно увлечь и обмотку ротора машины.

Построив специальный источник двухфазного тока (двухфазный генератор) и такой же двухфазный электродвигатель, Тесла осуществил свою идею. И хотя конструктивно его машины были весьма несовершенны, принцип вращающегося магнитного поля, примененный в первых же моделях Теслы, оказался правильным.

Рассмотрев все возможные случаи сдвига фаз, Тесла остановился на сдвиге в 90°, то есть на двухфазном токе. Это было вполне логично — прежде чем создавать электродвигатели с большим числом фаз, следовало начать с тока двухфазного. Но можно было бы применить и другой сдвиг фаз: на 120° (трехфазный ток). Не проанализировав теоретически и не осмыслив все возможные случаи, он все свое внимание сосредоточил на двухфазном токе, создав двухфазные генераторы и электродвигатели и лишь мельком упомянул в своих патентных заявках о многофазных токах и возможности их применения.

Но Тесла не был единственным ученым, вспомнившим об опыте Араго и нашедшим решение важной проблемы. В те же годы исследованиями в области переменных токов занимался итальянский физик Галилео Феррарис, представитель Италии на многих международных конгрессах электриков (1881 и 1882 годы в Париже, 1883 год в Вене и другие). Подготавливая лекции по оптике, он пришел кмысли о возможности постановки опыта, демонстрирующего свойства световых волн. Для этого Феррарис укрепил на тонкой нити медный цилиндр, на который действовали два магнитных поля, сдвинутых под углом в 90°. При включении тока в катушки, попеременно создающие магнитные поля то в одной, то в другой из них, цилиндр под действием этих полей поворачивался и закручивал нить, в результате чего поднимался на некоторую величину вверх. Устройство это прекрасно моделировало явление, известное под названием поляризации света.

Феррарис и не предполагал использовать свою модель для каких-либо электротехнических целей. Это был всего лишь лекционный прибор, остроумие которого заключалось в умелом применении электродинамического явления для демонстраций в области оптики.

Феррарис не ограничился этой моделью. Во второй, более совершенной модели ему удалось достигнуть вращения цилиндра со скоростью до 900 оборотов в минуту. Но за определенными пределами, как бы ни увеличивалась в цепи сила тока, создававшего магнитные поля (другими словами, как бы ни увеличивалась затрачиваемая мощность), достигнуть увеличения числа оборотов не удавалось. Подсчеты показали, что мощность второй модели не превышала 3 ватт.

Несомненно, Феррарис, будучи не только оптиком, но и электриком, не мог не понимать значения произведенных им опытов. Однако ему, по собственному его признанию, и в голову не приходило применить этот принцип к созданию электродвигателя переменного тока. Самое большое, что он предполагал, это использовать его для измерения силы тока, и даже начал конструировать такой прибор.

18 марта 1888 года в Туринской Академии наук Феррарис сделал доклад "Электродинамическое вращение, произведенное с помощью переменных токов". В нем он рассказал о своих опытах и пытался доказать, что получение в таком приборе коэффициента полезного действия свыше 50 процентов невозможно. Феррарис был искренне убежден, что, доказав нецелесообразность использования переменных магнитных полей для практических целей, он оказывает науке большую услугу. Доклад Феррариса опередил сообщение Николы Теслы в Американском институте электроинженеров. Но заявка, поданная для получения патента еще в октябре 1887 года, свидетельствует о несомненном приоритете Теслы перед Феррарисом. Что же касается публикации, то статья Феррариса, доступная для чтения всем электрикам мира, была опубликована лишь в июне 1888 года, то есть после широко известного доклада Теслы.

На утверждение Феррариса, что работы по изучению вращающегося магнитного поля начаты им в 1885 году, Тесла имел все основания возразить, что он занимался этой проблемой еще в Граце, решение ее нашел в 1882 году, а в 1884 году в Страсбурге демонстрировал действующую модель своего двигателя. Но, конечно, дело не только в приоритете. Несомненно, оба ученых сделали одно и то же открытие независимо друг от друга: Феррарис не мог знать о патентной заявке Теслы, так же как и последний не мог знать о работах итальянского физика.

Гораздо важнее то, что Г. Феррарис, открыв явление вращающегося магнитного поля и построив свою модель мощностью в 3 ватта, и не думал об их практическом использовании. Более того: если бы ошибочный вывод Феррариса о нецелесообразности применения переменных многофазных токов был принят, то человечество еще несколько лет было бы направлено по ложному пути и лишено возможности широкого использования электроэнергии в самых различных отраслях производства и быта. Заслуга Николы Теслы и заключается в том, что, несмотря на множество препятствий и скептическое отношение к переменному току, он практически доказал целесообразность применения многофазного тока. Созданные им первые двигатели двухфазного тока, хотя и имели ряд недостатков, привлекли внимание электротехников всего мира и возбудили интерес к его предложениям.

Однако статья Галилео Феррариса в журнале "Атти ди Турино" сыграла огромную роль в развитии электротехники. Ее перепечатал один крупный английский журнал, и номер с этой статьей попал в руки другого ученого, теперь заслуженно признанного создателем современной электротехники трехфазного тока.

В один из июльских дней 1888 года статью Феррариса в английском журнале с увлечением читал молодой еще, всего лишь за четыре года до этого окончивший Дармштадтское Высшее техническое училище, русский инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский.

Михаил Осипович родился в России, в Гатчине — одном из живописных пригородов Петербурга, в семье чиновника. Десяти лет он вместе с родителями переехал в Одессу, где его отец, выйдя в отставку, начал издавать прогрессивную газету "Правда". К участию в этой газете он привлек многих передовых деятелей русской и мировой литературы, и вскоре газета эта за непозволительный образ мыслей была закрыта.

В этот период в семье Доливо-Добровольских сильно развилось критическое отношение к царскому строю, и юноша Добровольский отличался от своих сверстников передовыми взглядами.

В 1880 году Михаил Осипович окончил Одесское реальное училище и осенью того же года поступил на химический факультет Рижского политехнического института. Но недолго пришлось ему быть студентом этого учебного заведения: весной 1881 года, после убийства царя Александра 11, многих революционно настроенных студентов русских университетов и других высших учебных заведений уволили без права продолжать учение в России. В число их попал и Михаил Осипович.

В конце 1881 года Доливо-Добровольский поступил на химический факультет Дармштадтского высшего технического училища, но сразу же больше чем химией увлекся новым тогда предметом — электротехникой. В Дармштадте курс электротехники читал профессор Китлер, прекрасный педагог, имевший богатый практический опыт, сумевший не только увлечь М. О. Доливо-Добровольского, но и дать ему порядочный запас знаний.

Отлично окончивший курс Дармштадтского высшего технического училища, Доливо-Добровольский был приглашен в Германскую эдисоновскую компанию и в 1884 году начал работу на одном из ее заводов. Глубокий и вдумчивый инженер, он хорошо представлял себе все недостатки постоянного тока и не раз размышлял о возможности создания электродвигателей переменного тока.

Михаил Осипович немало думал над этой задачей, не раз пытался превратить электродвигатель постоянного тока Грамма в машину переменного тока, — мы помним, что примерно в это время той же проблемой занимался и Никола Тесла.

Статья Феррариса произвела на М. О. Доливо-Добровольского исключительное впечатление, и еще во время чтения он представил себе принцип действия электродвигателя, основанного на использовании явления вращающегося магнитного поля. Ошибка Феррариса в расчете коэффициента полезного действия была найдена также мгновенно, и для Михаила Осиповича не оставалось сомнений в возможности быстрого решения проблемы применения переменного тока. М. О. Доливо-Добровольский оцепил все преимущества трехфазного тока перед двухфазным и начал конструировать электродвигатели трехфазного переменного тока.

Глава пятая

_{Вестингауз и его фирма. Кто отказался бы от 12 миллионов долларов? Трехфазный ток. Лауфен-Франкфуртская передача. "Чикаго. 1893. Колумбийская выставка". Ниагара дает электрический ток.}

В июле 1888 года в лаборатории Николы Теслы на Пятой авеню появился необычайно подвижный для своей тучной фигуры мужчина с крупным выразительным лицом. Это был Георг Вестингауз, один из наиболее оригинальных деятелей среди капиталистов Соединенных Штатов.

Сын кузнеца, владельца небольшой мастерской земледельческих машин, Георг Вестингауз с юных лет интересовался техникой, проводя все свободное время в кузнице. Природная сметка и изобретательность рано проявились в нем, и уже в пятнадцать лет он изобрел паровую машину, основанную на ротационном принципе, то есть вращающуюся подобно ротору паровой турбины.

В 1863–1865 годах Вестингауз принимал участие в гражданской войне против рабовладельческого Юга, а по окончании войны начал работать в мастерских одной крупной железнодорожной компании США, где изобрел приспособление для подъема на рельсы сошедших с них вагонов. В 1866 году двадцатилетний Г. Вестингауз организовал в Питсбурге собственные вагоноремонтные мастерские, а в 1869 году сделал свое главное изобретение — автоматический воздушный тормоз для железнодорожных вагонов. Годом позднее он создал Акционерное общество воздушных тормозов Вестингауза. Вскоре воздушные тормоза получили широкое распространение как в США, так и в странах Европы. Огромные прибыли Акционерного общества сделали его одним из наиболее могущественные капиталистических объединений США, а Г. Вестингауза весьма влиятельным лицом. Сам он продолжал работать в качестве главы фирмы, проявляя незаурядный талант организатора и изобретателя. Его личные качества, по воспоминаниям Николы Теслы и других лиц, немало способствовали развитию техники и распространению многих передовых изобретений⁸.

В 1886 году Акционерное общество стало выпускать лампы накаливания и различное электрооборудование постоянного тока и вскоре превратилось в крупное электротехническое объединение с многочисленными заводами, главным из которых оставался завод в Питсбурге. В том же году Акционерное общество Веетингауза первым в Америке начало производство электрооборудования переменного тока и смонтировало ряд установок с высоковольтными линиями передачи. Но эти первые установки имели один существенный недостаток — они использовались для питания только осветительных ламп. Ясно, что потребление электроэнергии при этом резко возрастало лишь в вечерние часы. Для непрерывной работы в течение суток (а только она экономична и выгодна) этим станциям не хватало дневных потребителей электроэнергии, а ими могли быть только электродвигатели промышленных предприятий. Но эти электродвигатели, как и во всем мире, работали на постоянном токе. Естественно, что слух о патенте Теслы привел главу фирмы в Американский институт электроинженеров на лекцию изобретателя.

Не которое время он обдумывал реальность услышанного, а затем решился на смелый шаг. Вестингауз был человеком дела и привык прямо излагать свои мысли. Появившись в лаборатории Теслы, он, не тратя лишних слов, обратился к ученому:

— Надеюсь, вы правильно поймете меня. Мы оба инженеры, оба изобретатели, для нас обоих дороже всего развитие любимой нами электротехники, будущее которой немыслимо без применения переменного тока. Я дам вам миллион долларов за все патенты, полученные вами до сегодняшнего дня и те из них, которые уже заявлены вами и относятся к переменному току. Подумайте, я жду ответа.

Мог ли Никола Тесла ожидать подобного предложения, открывавшего перед ним необозримые перспективы применения своих изобретений, их совершенствования? Мог ли он, уже познавший жестокие законы капиталистического мира, отказаться от этого предложения, обеспечивавшего материальную независимость и избавлявшего, казалось, от всех превратностей судьбы?

Слова Вестингауза поразили Теслу необычайной верой в будущее переменного тока. И все же он ничем не выдал своего восторга. Да, переменный ток и многофазная система обеспечат будущее развитие промышленности. Но они требуют дальнейшего совершенствования, а значит, и средств.

— Если вы прибавите к этому обязательство платить мне по одному доллару за каждую лошадиную силу генераторов и электродвигателей двухфазного переменного тока, установленных вашей фирмой, я могу принять это предложение, — ответил Тесла Вестингаузу.

— Хорошо, я согласен. Чек на миллион долларов вы получите немедленно, как и обязательство платить по одному доллару за каждую лошадиную силу, — ответил после минутного раздумья Вестингауз. Никогда еще в практике никакой капиталистической страны не было случая заключения соглашения на такую сумму в такое короткое время, причем обе стороны не проявили никакого интереса к формальным сторонам договора, по которому Вестингауз приобрел свыше 40 патентов Теслы, в среднем по 25 тысяч долларов за патент. Это была очень хорошая по тем временам оплата изобретений, но для Теслы смысл этого соглашения был выше всех коммерческих расчетов. Он смотрел далеко вперед и видел будущее развитие техники. Он верил в это будущее и понимал значение своих изобретений. Вестингауз, в свою очередь, верил в этого необычайного человека. Оба совершенно довольные друг другом, они расстались, полные надежд на быстрое осуществление своих планов.

Вечером того же дня Тесла подарил половину полученной суммы инженеру Брауну, оказавшему ему в свое время помощь в создании "Тесла арк лайт компани".

Чтобы быстрее приступить к производству электродвигателя переменного тока, Тесла в октябре 1888 года переехал из Нью-Йорка в Питсбург, где находились заводы Вестингауза. На этом настоял "питсбургский магнат" (так называли Георга Вестингауза), пригласивший Теслу в качестве консультанта. Все это освобождало собственную лабораторию Теслы от разработки промышленных конструкций, открыв возможность продолжать исследования в интересующих изобретателя областях. Сразу же по приезде на завод Тесле пришлось обсуждать с инженерами фирмы вопрос о частоте переменного тока. Тесла предложил 60 периодов в секунду — частоту, принятую в его опытных образцах. Расчеты его показали, что при этой частоте достигается наилучший экономический эффект. Правда, большая частота давала некоторую экономию металла, но зато все другие показатели были значительно хуже, чем при 60 периодах. Заводские инженеры настаивали на применении частоты в 133 периода, хотя получаемая при этом некоторая экономия металла не оправдывалась вследствие конструктивных трудностей в изготовлении и эксплуатации машин. При более низких частотах, чем предложенная Теслой, машины становились громоздкими и малоэффективными.

Однако советы Теслы не были приняты заводскими инженерами, и надежды его в течение одного года разрешить все практические вопросы не сбылись. Тогда Тесла, несмотря на уговоры Вестингауза, отказался быть консультантом завода в Питсбурге. Не помогло и предложение остаться на заводе в качестве управляющего всей разработкой промышленных образцов машин переменного тока с баснословно высоким окладом — 24 тысячи долларов в год. Тесла уже не нуждался в деньгах и, отказавшись от всех предложений, уехал в Нью-Йорк.

"За год, проведенный в Питсбурге, я не сделал никакого вклада в электротехнику. Я не чувствовал себя свободным в этом городе, зависимость и связанность мешали мне работать. Для того чтобы созидать, я должен быть абсолютно свободен. Когда я освободился от ситуации, создавшейся в Питсбурге, идеи и изобретения снова хлынули в мою голову, как Ниагара", — писал он впоследствии. Но Тесла не понял, что желанием "быть абсолютно свободным" он отгораживал себя от сотрудников, замыкался в узком кругу своих мыслей. Именно это ошибочное стремление к "свободе" привело его затем к цепи ошибок.

Вскоре по возвращении из Питсбурга в Нью-Йорк Тесла уехал в Европу. В 1889 году в Париже открылась Всемирная выставка, на которой отдел электричества был одним из наиболее популярных. Новейшие изобретения русских, французских, немецких, английских электротехников были представлены в нем весьма полно. Русский отдел, как всегда, привлекал внимание посетителей. В нем были выставлены усовершенствованные генераторы П. Н. Яблочкова, трансформаторы И. Ф. Усагина, униполярная машина (диск-динамо) А. И. Полешко и множество других изобретений. Страна, в которой Тесла когда-то собирался заняться разработкой своих изобретений, поражала большим числом талантливых ученых, добивавшихся все новых и новых успехов, несмотря на то, что им приходилось творить в условиях промышленной отсталости.

Тесла посетил Париж, с интересом осмотрел экспонаты выставки и познакомился с новыми предложениями по использованию переменных токов. Будучи в Европе, он не мог не побывать на своей родине. В Хорватии он навестил мать и любимую сестру Марицу, провел несколько дней в Белграде, где встречался с видными сербскими писателями и поэтами. Но стремление скорее вернуться к исследованиям, к работе в лаборатории на Пятой авеню не позволило ему долго задержаться на родине.

Между тем в Питсбурге продолжалась разработка конструкций электрических машин переменного тока. Инженерам фирмы Вестингауза пришлось убедиться в правильности соображений Теслы и принять в качестве стандартной частоту переменного тока в 60 периодов в секунду. Это доставляло Тесле большую радость и удовлетворение. Надо сказать, что этот стандарт сохранился в США и до настоящего времени.

Уже в 1890 году фирма "Вестингауз электрик компани" (ВЭК) начала производство всего комплекса электрооборудования переменного тока.

Выпуская генераторы, трансформаторы и электродвигатели двухфазного тока, ВЭК постепенно начала вытеснять фирму "Эдисон электрик компани" с ее машинами и аппаратурой постоянного тока, хотя Эдисон ни на минуту не прекращал борьбу с распространением переменного тока.

Вестингаузом, — перевести все электрооборудование промышленности США на переменный ток — успешно осуществлялась и вызвала небывалое расширение ВЭК. Можно утверждать, что основой расцвета фирмы в эти годы было использование приобретенных у Теслы патентов, удачно дополнявших изобретения, патенты на которые были приобретены ранее. Однако период "просперити" — процветания-сменился глубокой депрессией, и множество мелких фирм во избежание краха должны были слиться с более крупными объединениями. Даже самым мощным компаниям было не под силу продолжать конкурентную борьбу со своими соперниками, и фирма Эдисона соединилась с фирмой "Томсон-Хаустон и К°". Так возникла "Дженерал электрик компани", превратившаяся вскоре в одну из наиболее могущественных в США да, пожалуй, и во всем мире электротехнических фирм. Вестингауз был не в состоянии в одиночку бороться с конкурентом, и компания его была вынуждена слиться с рядом более мелких объединений. Так возникла существующая и поныне "Вестингауз электрик энд мануфакчуринг компани".

Чтобы устоять в конкурентной борьбе, новая фирма должна была отказаться от многих принятых на себя ранее обязательств и, в частности, от соглашения с Теслой. К этому времени в одних только США общая мощность электрооборудования переменного тока, созданного на основе патентов Теслы, превысила 12 миллионов лошадиных сил. Самый скромный подсчет показывал, что фирма обязана была уплатить изобретателю по соглашению около 10–12 миллионов долларов, что сделало бы Теслу по тем временам одним из богатейших людей Америки. Выплатить изобретателю то, что было обещано Вестингаузом, фирма оказалась не в состоянии. Ее финансовый совет потребовал расторжения соглашения, но Георг Вестингауз упорно не хотел нарушать слова, данного Тесле. Спор этот приобрел особую остроту, и вскоре финансовые круги, поддерживавшие фирму, стали угрожать, что заберут свои вложения, если Вестингауз не расторгнет соглашения с Теслой. Вестингауз понимал, какую опасность представляет эта угроза всему его замыслу. С другой стороны, Тесла мог обратиться в суд и добиться выполнения обязательств компании. Трудно было рассчитывать на то, что изобретатель сам откажется от своих прав, тем более, что фирма выросла и окрепла на реализации его патентов. Вестингауз был вынужден лично обратиться к Тесле. Изложив положение дел в "Вестингауз электрик энд мануфакчуринг компани", он сказал:

— Ваш ответ решает судьбу компании.

— Что, если я откажусь уничтожить соглашение и потребую уплаты всей причитающейся мне суммы? — спросил Никола Тесла.

— В этом случае я покину компанию, и все дело перейдет в другие руки, в руки банкиров, вряд ли способных понять величие ваших открытий. Я больше не буду руководить технической политикой фирмы, а создать новую я не в состоянии, — ответил Вестингауз.

— А если я уничтожу контракт и ваша компания будет спасена, вы сможете управлять ею и дадите миру мою многофазную систему? — спросил Тесла.

Утвердительный ответ Георга Вестингауза решил исход дела. Тесла встал, выпрямился во весь свой рост и, глядя сверху вниз своим лучезарным взглядом, не без пафоса сказал: — Мистер Вестингауз, вы видели во мне то, чего не видели другие. Вы поверили в меня тогда, когда другие отвернулись от меня и моих изобретений. Это большая плата за все то, что я дал фирме, хотя и дал я немало. — С этими словами он достал из сейфа текст соглашения и, разорвав, бросил его в корзину для бумаг.

— Этого достаточно? — спросил Тесла Вестингауза, с изумлением следившего за всеми движениями изобретателя, так легко расставшегося с состоянием, превышающим десяток миллионов долларов. Я не нахожу слов для оценки вашего поступка. Мне всегда было ясно, что вы не преследовали своими изобретениями никаких корыстных целей, а изобретали потому, что не могли не изобретать. Теперь я обещаю вам, что фирма "Вестингауз" приложит все усилия для распространения многофазной системы во всем мире, — эта тирада была произнесена Георгом Вестингаузом несколько торжественно, но совершенно искренне.

Вестингаузу казалось, что избавившись от необходимости выплатить такую огромную сумму, он преодолел все препятствия на пути двухфазного тока. Теперь уж ничего не могло помешать его проникновению в промышленность. Надо лишь расширять и расширять производство, удовлетворяя огромный спрос на оборудование переменного тока.

Но не знал Вестингауз, что в это самое время в Берлине с каждым днем рос и набирал силы могучий противник двухфазного тока. Два года, прошедшие со времени открытий Феррариса, далеко продвинули эксперименты М. О. Доливо-Добровольского: им уже были созданы трехфазные электродвигатели и генераторы, разработаны чертежи трехфазных трансформаторов. Несмотря на недоверие, с которым был встречен переменный ток, несмотря на более зрелый возраст двухфазного тока, испытания созданного Доливо-Добровольским оборудования показали, что новый вид тока обладает значительными преимуществами. Оказалось, что при значительном улучшении магнитных свойств генератора и двигателя существенно уменьшался и расход меди в линиях передачи. Связанная трехфазная система требовала всего лишь трех проводов в отличие от трехфазной несвязанной системы, предложенной Теслой, требовавшей шести проводов.

Простота конструкции трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором делала его применимым в самых различных случаях. Было ясно: именно трехфазному току принадлежит будущее. Но для того чтобы доброе имя нового титана электротехники стало известным во всем мире, надо было познакомить с ним этот весь мир.

В конце 1889 года по инициативе Оскара фон Миллера началась подготовка к проведению Международной электротехнической выставки и Международного конгресса электриков, намеченных на осень 1891 года. Местом проведения выставки и конгресса был избран город Франкфурт-на-Майне. В середине 1890 года организаторы выставки обратились к фирме АЕГ с предложением принять на себя организацию передачи электроэнергии от водопада на реке Неккар близ города Лауфена на выставку. Трудно было бы найти лучший способ продемонстрировать все преимущества трехфазного тока, и фирма АЕГ ответила согласием. Ее главный инженер М. О. Доливо-Добровольский начал с увлечением проектировать трехфазный асинхронный двигатель мощностью около 100 киловатт, трехфазные трансформаторы и всю аппаратуру для линии передачи и распределения электроэнергии на выставке. Постройку синхронного генератора поручили швейцарской фирме "Эрликон".

В середине 1891 года было закончено сооружение линии передачи "а расстояние в 175 километров, оборудована гидроэлектростанция в Лауфене, на которой установили трехфазный генератор мощностью около 190 киловатт с повышающей подстанцией, и понижающая подстанция во Франкфурте. 25 августа 1891 года на выставке впервые загорелось около 1 000 электрических ламп накаливания, а 12 сентября был включен и асинхронный двигатель трехфазного тока, приводивший в действие насос для подачи воды к декоративному водопаду.

Испытания линии передачи и всей системы были начаты международной комиссией в октябре 1891 года и показали, что при напряжении в линии передачи в 15 тысяч вольт коэффициент полезного действия достигал 75,2 процента. Особо провели испытание на повышенное напряжение, достигавшее 28 тысяч вольт, при котором коэффициент полезного действия составил 78,9 процента.

Это было огромным достижением электротехники. Вся Лауфен-Франкфуртская передача, работавшая без каких бы то ни было перебоев, свидетельствовала о полной возможности и экономической целесообразности применения разработанной М. О. Доливо-Добровольским системы трехфазного переменного тока.

С этого времени трехфазная система начала применяться во всем мире. Однако существование патентов Теслы, охватывавших все частные случаи применения любой многофазной системы переменного тока, обязывало АЕГ либо выкупить эти патенты у фирмы "Вестингауз", либо платить ей большие суммы. Трехфазная система, детально разработанная М. О. Доливо-Добровольским независимо от Теслы, все же была частным случаем, предусмотренным патентами № 381968 и 382280, полученными Теслой в США 1 мая 1888 года, патентом № 47885, полученным в Германии, и № 6481, полученным в Англии.

Несомненно, сам Тесла не стал бы протестовать против применения более совершенной системы передачи и распределения электрической энергии, но он давно уже продал свои права на изобретение капиталистической фирме, действовавшей исключительно в интересах получения прибыли. Чтобы избавиться от оплаты патентов Теслы, АЕГ стала оспаривать их распространимость на трехфазный переменный ток. Но попытка эта была безуспешной. Многие авторитеты в области практической электротехники — профессор Г. Антони, Б. Беренд и другие — убедительно доказывали бесспорность того, что уже в первых патентах Теслы имеется указание на систему многофазных токов. Противники их утверждали, что если это указание и есть, то оно дано лишь в самом общем виде, а трехфазная система описана в патентах в виде несвязанной, состоящей из трех самостоятельных фаз, с применением шести проводов, так что ее нельзя считать аналогичной изобретению М. О. Доливо-Добровольского.

Наконец в пользу Теслы высказался тогда еще молодой, но уже проявивший свои обширные познания и великолепно владевший математическими методами технических расчетов главный консультант фирмы "Дженерал электрик компани" Чарлз Штейнметц. Мнение этого авторитетного ученого имело решающее значение, и споры в научных кругах постепенно прекратились.

Так же неудачно для АЕГ было и обращение в суд, отвергнувший утверждение, что изобретение М. О. Доливо-Добровольского не предусмотрено всеобъемлющей формулой патентов Николы Теслы. Тогда АЕГ начала оспаривать вообще приоритет Теслы в открытии многофазных переменных токов, вспомнив о ряде предшествующих попыток создать электродвигатель переменного тока. Имена М. Депре, Хазельвандера, Бредли, Венсрема и, наконец, Феррариса были названы с надеждой убедить мир в отсутствии у Теслы каких-либо заслуг в создании многофазной системы.

Однако и эти попытки в результате многолетней борьбы фирмы "Вестингауз" со всеми противниками Теслы постигла неудача. Более двадцати пяти судебные процессов были выиграны Вестингаузом на протяжении двух десятилетий.

Следует еще раз напомнить, что вся эта борьба между капиталистическими фирмами велась безо всякого участия самого изобретателя, помимо его воли. Каковы бы ни были убеждения Теслы, как бы ни относился он сам к изобретениям других, фирмы, скупившие патенты, распоряжались ими по своему усмотрению.

Переменный ток, как двухфазный, так и трехфазный, при самом своем зарождении должен был выдержать трудную борьбу с постоянным током. Первой и решающей победой была Лауфен-Франкфуртская передача, о которой рассказано выше. Следующим триумфом переменного тока — и двухфазного и трехфазного — стали Всемирная электрическая выставка и конгресс электриков, проведенные в Чикаго в 1893 году в честь 300-летия со времени открытия Америки Колумбом. Фирма "Вестингауз электрик энд мануфакчуринг К°" имела контракт на оборудование всей выставки электроосвещением и установку электродвигателей. Компания не упустила случая широко применить переменный ток, как двухфазный, тогда еще господствовавший в Америке, так и "европейский", трехфазный. Соперничая с американской фирмой, немецкая АЕГ в соседнем помещении также демонстрировала достижения трехфазного тока. В русском журнале "Электричество" За 1894 год появилось описание экспонатов фирмы Вестингауза на выставке. В нем говорится об установке двухфазного генератора, от которого электроэнергия передавалась двухфазному электродвигателю мощностью в 500 лошадиных сил. Кроме того, был установлен "60-сильный двухфазный двигатель Теслы синхронического типа, соединенный непосредственно с 45-киловаттным генератором переменного тока для освещения накаливанием", писал корреспондент журнала. На выставке изобретатели встретились:

Никола Тесла был делегатом конгресса от Австрии — его родная Хорватия все еще входила в состав австро-венгерской монархии, — М. О. Доливо-Добровольский от Германии. По сложившимся обстоятельствам оба они вынуждены были представлять чужие страны. Однако встреча не вызвала сближения или даже обмена мнениями о будущем электротехники.

На выставке Тесла имел особый стенд, где он демонстрировал многие свои изобретения и, в частности, один из остроумнейших приборов, созданных им для демонстрации возможности получения механического вращения с помощью вращающегося магнитного поля. Прибор этот представлял собой плоскую металлическую сковородку, находившуюся в зоне действия катушек, создававших вращающееся магнитное поле; на сковородке лежало выточенное из меди яйцо. При пропускании тока через обмотки катушек яйцо начинало двигаться, сначала беспорядочно, а затем, встав на острый конец, быстро вращалось как вокруг своей оси, так и по окружности "сковороды" ⁹.

Толпы посетителей останавливались около этого прибора, привлеченные не только забавным зрелищем, но и объяснениями, даваемыми самим изобретателем, о котором почти ежедневно писали самые распространенные газеты Америки.

Следующим большим событием в истории переменных токов была постройка самой крупной в мире в те годы гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде.

Этот величайший в мире водопад давно уже привлекал внимание предпринимателей, мечтавших об использовании его энергии. Еще в 1886 году была создана специальная компания по изучению возможности постройки гидроэлектрической станции. Общая мощность водопада была определена в 9 миллионов киловатт, и компания объявила международный конкурс на лучший проект станции. В состав жюри конкурса вошли виднейшие специалисты под председательством знаменитого английского физика Вильяма Томсона (лорда Кельвина). За лучший проект была установлена премия в 3 тысячи долларов.

Однако ни одно из тридцати поступивших предложений не было принято, а наиболее солидные электротехнические компании вообще отказались принять участие в конкурсе.

Вестингауз отверг предложение участвовать в составлении проекта, насмешливо заявив, что Ниагарская компания хочет за 3 тысячи долларов получить то, что стоит по меньшей мере 100 тысяч. Лишь спустя несколько лет "Дженерал электрик компани" предложила построить электростанцию мощностью в 15 тысяч киловатт, отведя часть воды Ниагары специальным каналом. Электроэнергию было решено передавать трехфазным током на расстояние более 30 километров до крупного промышленного города Буффало для продажи фабрикам и заводам.

В октябре 1893 года под влиянием успеха фирмы "Вестингауз" на Чикагской выставке было решено принять проект, предложенный этой компанией. На Ниагарской гидроэлектростанции установили три генератора двухфазного тока по 5 тысяч лошадиных сил каждый. Специальными трансформаторами ток превращался затем в трехфазный высокого напряжения и передавался в Буффало, где снова превращался в двухфазный. Потребители в Буффало устанавливали у себя электрооборудование двухфазного тока, и "Компания Вестингауза" получила огромные заказы. В 1896 году эта самая крупная в мире гидроэлектростанция начала работать, а вскоре ее мощность довели до 50 тысяч лошадиных сил. Пуск Ниагарской станции явился последним триумфом двухфазного тока. Несомненные преимущества трехфазного тока вытеснили менее совершенный двухфазный не только в Европе, но и в США. Саму Ниагарскую станцию вскоре переоборудовали, установив на ней трехфазные генераторы. Но в эти годы Тесла был уже очень далек от вопросов, связанных с первым своим изобретением. Творческая мысль увела его далеко-далеко и открыла перед ним новое, необозримое поле для исследований.

Оценивая работы Николы Теслы в области многофазных токов, выдающийся американский ученый Эдвин Галард Армстронг писал: "… только одно это открытие многофазных токов и индукционного мотора было бы достаточно, чтобы обеспечить имени Теслы вечную Славу, даже если бы он, кроме этого, ничего не сделал".

Но он сделал еще многое…

Глава шестая

_{Токи высокой частоты. Резонансный трансформатор. Безопасен ли электрический ток? Лекция Теслы о токах высокой частоты.}

По утверждению Теслы, год, проведенный им в Питсбурге, был потерян для исследовательских работ в области многофазных токов. Возможно, что это утверждение близко к истине, но возможно и то, что именно этот год стал началом дальнейших творческих успехов изобретателя. Дискуссия с инженерами завода Вестингауза не прошла бесследно. Обоснование предложенной им частоты переменного тока в 60 периодов требовало более тщательного анализа экономической эффективности применения как меньших, так и более высоких частот. Научная добросовестность Теслы не позволяла ему оставить этот вопрос без тщательной проверки.

Возвратившись в 1889 году из Европы, он принялся за конструирование генератора переменного тока большой частоты и вскоре создал машину, статор которой состоял из 348 магнитных полюсов. Этот генератор давал возможность получать переменный ток с частотой в 10 тысяч периодов в секунду (10 кГц). Вскоре ему удалось создать и еще более высокочастотный генератор и начать изучение различных явлений при частоте 20 тысяч периодов в секунду.

Исследования показали, что по мере увеличения частоты переменного тока можно значительно уменьшить объем железа в электромагнитных электродвигателях, а начиная с определенной частоты, можно создавать электромагниты, состоящие из одних только обмоток, вообще без железа в катушках. Двигатели, созданные из таких электромагнитов без железа, были бы чрезвычайно легкими, но во многих других отношениях неэкономичны, и уменьшение затрат металла не окупалось бы из-за значительного увеличения потребления электроэнергии.

Исследуя широкий диапазон частот переменного тока первоначально в пределах, которые могли бы быть применены в многофазной системе (25-200 периодов в секунду), Тесла вскоре перешел к изучению свойств и возможностей практического использования токов повышенных (10–20 тысяч периодов в секунду) и высоких (20-100 тысяч периодов в секунду) частот. Для получения значительно большего числа периодов и значительно более высоких напряжений, чем это могло быть достигнуто созданными им генераторами токов высокой частоты, необходимо было найти и опереться на иные принципы. Хорошо знакомый с мировой литературой по электрофизике и электротехнике, Тесла изучил работу знаменитого американского физика Джозефа Генри, высказавшего еще в 1842 году предположение, что при некоторых электрических разрядах (в том числе и разряде лейденской банки) имеются не только "главные разряды", но и встречные, причем каждый последующий несколько слабее предыдущего. Так было впервые замечено существование затухающего двухстороннего электрического разряда.

Тесла знал и о том, что спустя одиннадцать лет после Генри английский физик лорд Кельвин экспериментально доказал, что электрический разряд конденсатора есть процесс двухсторонний, продолжающийся до тех пор, пока энергия его не будет израсходована на преодоление сопротивления среды. Частота этого двухстороннего процесса достигает 100 миллионов колебаний в секунду. Искра между шариками разрядника, кажущаяся однородной, в действительности состоит из нескольких миллионов искр, проходящих в короткий промежуток времени в обе стороны.

Кельвин дал математическое выражение процесса двухстороннего разряда конденсатора. Позднее Феддерсон, Шиллер, Кирхгоф, Гельмгольц и другие исследователи не только проверили правильность этого математического выражения, но и значительно дополнили теорию электрического разряда. Знаком был Тесла и с работами Антона Обербанка, наблюдавшего явление электрического резонанса, то есть процесс резкого возрастания амплитуды (размаха) колебаний при приближении частоты внешнего колебания к частоте собственные внутренних колебаний системы.

Хорошо известны были ему и опыты Герца и Лоджа, занимавшихся изучением электромагнитных волн. Особенно большое впечатление на Теслу произвели эксперименты Генриха Герца, подтвердившие теоретические предположения Джемса К. Максвелла о волновой природе электромагнитных явлений. Надо заметить, что в работах Герца Тесла впервые нашел указание на явление так называемых "стоячих электромагнитных волн", то есть волн, накладывающихся одна на другую так, что они в одних местах усиливают друг друга, создавая "пучности", а в других уменьшают до нуля, создавая "узлы".

Зная все это, Никола Тесла в 1891 году закончил конструирование прибора, сыгравшего исключительную роль в дальнейшем развитии самых различных отраслей электротехники и особенно радиотехники. Для создания токов высокой частоты и высокого напряжения он решил воспользоваться известным свойством резонанса, то есть явлением резкого возрастания амплитуды собственных колебаний какой-либо системы (механической или электрической) при наложении на них внешних колебаний с той же частотой. На основании этого известного явления Тесла создал свой резонансный трансформатор.

Действие резонансного трансформатора основано на настройке в резонанс его первичного и вторичного контуров. Первичный контур, содержащий как конденсатор, так и индукционную катушку, позволяет получить переменные токи весьма высокого напряжения с частотами в несколько миллионов периодов в секунду. Искра между шариками разрядника вызывает быстрые изменения магнитного поля вокруг первичной катушки вибратора. Эти изменения магнитного поля вызывают возникновение соответствующего высокого напряжения в обмотке вторичной катушки, состоящей из большого числа витков тонкой проволоки, причем частота переменного тока в ней соответственно количеству искровых разрядов достигает нескольких миллионов перемен в секунду.

Наибольшей величины частота достигает в момент, когда периоды первичной и вторичной цепи совпадают, то есть когда наблюдается явление резонанса в этих цепях.

Тесла разработал очень простые методы автоматической зарядки конденсатора от источника тока низкого напряжения и разрядки его через трансформатор с воздушным сердечником. Теоретические расчеты изобретателя показали, что даже при самых незначительных величинах емкости и индукции в созданном им резонансном трансформаторе при соответствующей настройке можно получить путем резонанса весьма высокие напряжения и частоты.

Открытые им в 1890 году принципы электрической настройки резонансного трансформатора и возможность изменять емкость для изменения длины волны электромагнитных колебаний, создаваемых трансформатором, стали одним из наиболее важных оснований радиотехники, а мысли Теслы об огромной роли конденсатора и вообще емкости и самоиндукции в развитии электротехники оправдались.

При создании резонансного трансформатора пришлось решить еще одну практическую задачу: найти изоляцию для катушек сверхвысокого напряжения. Тесла занялся вопросами теории пробоя изоляции и на основании этой теории нашел лучший способ изолировать витки катушек погружать их в парафиновое, льняное или минеральное масло, называемое теперь трансформаторным. Позднее Тесла еще раз возвратился к разработке вопросов электрической изоляции и сделал весьма важные выводы из своей теории.

Едва начав опыты с токами высокой частоты, Никола Тесла ясно представил себе огромные перспективы, открывавшиеся перед человечеством при широком использовании токов высокой частоты. Направление работ Теслы свидетельствует о необычайно разносторонних выводах, которые он сделал из своего открытия, убеждению, что электромагнитные волны играют исключительно важную роль в большинстве явлений природы. Взаимодействуя друг с другом, они либо усиливаются, либо ослабляются, либо вызывают новые явления, происхождение которых мы иногда приписываем совершенно другим причинам. Но не толькоэлектромагнитные излучения играют огромную роль в самых различных явлениях природы. Тесла интуицией большого ученого понял значение различных излучений еще до замечательных открытий радиоактивных элементов. Когда позднее, в 1896 году, Анри Беккерель, а затем Пьер и Мария Кюри открыли это явление, Тесла нашел в этом подтверждение своих предвидений, высказанных им еще в 1890 году.

Огромное значение переменных токов в развитии промышленности, получившей, наконец, необходимый ей электродвигатель, стало ясно Николе Тесле при первом же знакомстве с преимуществами трехфазного тока, требующего для его передачи всего лишь три провода. Для Теслы уже в то время было несомненно, что должен быть открыт способ передачи электроэнергии и вовсе без проводов, с помощью электромагнитных волн. Эта проблема привлекла внимание Теслы, стала предметом его занятий еще в конце 1889 года.

Однако практическое применение токов высокой частоты для самых разнообразных целей требовало изучения на первый взгляд самых различных, не связанных между собой вопросов. Эти-то эксперименты в широком масштабе и начал проводить в своей лаборатории Никола Тесла.

Начав систематические опыты с токами высокой частоты и высокого напряжения, Тесла должен был прежде всего разработать меры защиты от опасности поражения электрическим током. Эта частная, вспомогательная, но весьма важная задача привела его к открытиям, заложившим основу электротерапии — обширной области современной медицины.

Ход мыслей Николы Теслы был чрезвычайно оригинален. Известно, рассуждал он, что постоянный ток низкого напряжения (до 36 вольт) не оказывает вредных

Прежде всего, он пришел к действий на человека. По мере повышения напряжения возможность поражения быстро возрастает.

С увеличением напряжения, поскольку сопротивление тела человека практически неизменно, сила тока так же увеличивается и достигает при 120 вольтах угрожающей величины. Более высокое напряжение становится опасным для здоровья и жизни людей.

Иное дело ток переменный. Для него предел опасного напряжения значительно выше, чем для постоянного, и этот предел отодвигается с повышением частоты. Известно, что электромагнитные волны очень высокой частоты не оказывают никакого болезненного действия на человека¹⁰. Пример тому свет, воспринимаемый при нормальной яркости здоровым глазом без всяких болезненных ощущений. В пределах каких же частот и напряжений переменный ток опасен? Где начинается зона безопасного тока?

Шаг за шагом исследовал Тесла действие переменного электрического тока на человека при разных частотах и напряжениях. Опыты он проводил на самом себе. Сначала через пальцы одной руки, затем через обе руки, наконец, через все тело пропускал он токи высокого напряжения и высокой частоты. Исследования показали, что действие электрического тока на человеческий организм складывается из двух составляющих: воздействия тока на ткани и клетки нагревом и непосредственного воздействия тока на нервные клетки.

Оказалось, что нагревание далеко не всегда вызывает разрушительные и болезненные последствия, а воздействие тока на нервные клетки прекращается при частоте свыше 700 периодов, аналогично тому, как слух человека не реагирует на колебания свыше 2 тысяч в секунду, а глаз — на колебания за пределами видимых цветов спектра.

Так была установлена безопасность токов высоких частот даже при высоких напряжениях. Более того, тепловые действия этих токов могли быть использованы в медицине, и это открытие Николы Теслы нашло широкое применение; диатермия, лечение УВЧ и другие методы электротерапии есть прямое следствие его исследований. Тесла сам разработал ряд электротермических аппаратов и приборов для медицины, получивших большое распространение как в США, так и в Европе. Его открытие было затем развито другими выдающимися электриками и врачами.

Однажды, занимаясь опытами с токами высокой частоты и доведя напряжение их до 2 миллионов вольт, Тесла случайно приблизил к аппаратуре медный диск, окрашенный черной краской. В то же мгновение густое черное облако окутало диск и тотчас поднялось вверх, а сам диск заблестел, словно чья-то невидимая рука соскоблила всю краску и отполировала его.

Удивленный Тесла повторил опыт, и снова краска исчезла, а диск сиял, поддразнивая ученого. Повторив десятки раз опыты с разными металлами, Тесла понял, что он открыл способ их очистки токами высокой частоты.

"Любопытно, — подумал он, — а не подействуют ли эти токи и на кожу человека, не удастся ли с их помощью снимать с нее различные, трудно поддающиеся удалению краски".

И этот опыт удался. Кожа руки, окрашенная краской, мгновенно стала чистой, как только Тесла внес ее в поле токов высокой частоты. Оказалось, что этими токами можно удалять с кожи лица мелкую сыпь, очищать поры, убивать микробы, всегда в изобилии покрывающие поверхность тела человека. Тесла считал, что его лампы оказывают особое благотворное действие не только на сетчатку глаза, но и на всю нервную систему человека. К тому же лампы Теслы вызывают озонирование воздуха, что также может быть использовано в лечении многих болезней. Продолжая заниматься электротерапией, Тесла в 1898 году сделал обстоятельное сообщение о своих работах в этой области на очередном конгрессе Американской электротерапевтической ассоциации в Буффало.

В лаборатории Тесла пропускал через свое тело токи напряжением в 1 миллион вольт при частоте 100 тысяч периодов в секунду (ток достигал при этом величины в 0,8 ампера). Но, оперируя с токами высокой частоты и высокого напряжения, Тесла был очень осторожен и требовал от своих помощников соблюдения всех им самим выработанных правил безопасности. Так, при работе с напряжением в 110-50 тысяч вольт при частоте в 60-200 периодов он приучил их работать одной рукой, чтобы предотвратить возможность протекания тока через сердце. Многие другие правила, впервые установленные Теслой, прочно вошли в современную технику безопасности при работе с высоким напряжением.

Создав разнообразную аппаратуру для производства опытов, Тесла в своей лаборатории начал исследование огромного круга вопросов, относящихся к совершенно новой области науки, в которой его больше всего интересовали возможности практического использования токов высокой частоты и высокого напряжения. Работы его охватывали все многообразие явлений, начиная от вопросов генерирования (создания) токов высокой частоты и кончая детальным изучением различных возможностей их практического использования. С каждым новым открытием возникали все новые и новые проблемы.

Как одна из частных задач Теслу заинтересовала возможность использовать открытие Максвеллом и Герцем электромагнитной природы света. У него возникла мысль: если свет представляет собой электромагнитные колебания с определенной длиной волны, нельзя ли искусственно получить его не путем нагрева нити электрической лампы накаливания (что дает возможность использовать лишь 5 процентов энергии, превращающейся в световой поток), а путем создания таких колебаний, которые вызвали бы появление световых волн? Эта задача и стала предметом исследований в лаборатории Теслы в начале 1890 года.

Вскоре он накопил огромное количество фактов, позволивших перейти к обобщениям. Однако осторожность Теслы заставила его проверять десятки и сотни раз каждое свое утверждение. Он повторял сотни раз каждый опыт, прежде чем делал из него какие-либо выводы. Необычайность всех открытий Николы Теслы и огромный авторитет его привлекли внимание руководителей Американского института электроинженеров, вновь, как и три года назад, пригласивших Теслу прочесть лекцию о своих работах. Тесла избрал тему: "Опыты с переменными токами весьма высокой частоты и их использование для искусственного освещения".

По традиции, установившейся с первых лет существования института, было разослано ограниченное число приглашений лишь самым выдающимся электротехникам. Перед такой избранной аудиторией 20 мая 1892 года Тесла и прочел одну из своих самых вдохновенных лекций и продемонстрировал опыты, уже осуществленные им в своей лаборатории.

— Нет ничего, что в большей степени могло бы привлечь внимание человека и заслужило бы быть предметом изучения, чем природа. Понять ее огромный механизм, открыть ее созидательные силы и познать законы, управляющие ею, — величайшая цель человеческого разума, — этими словами начал Тесла свое выступление.

И вот он уже демонстрирует перед слушателями результаты своих исследований в новой, еще никем не изученной области токов высокой частоты.

— Рассеяние электромагнитной энергии в пространстве, окружающем источник токов высокой частоты, позволяет использовать эту энергию для самых различных целей, — убежденно говорит ученый и тут же показывает замечательный опыт. Он выдвигает гениальное положение о возможности передачи электроэнергии без проводов и в доказательство заставляет как обычные лампы накаливания, так и специально им созданные лампы без нитей внутри светиться, внося их в переменное электромагнитное поле высокой частоты. — Освещение лампами подобного рода, — говорит Тесла, — где свет возникает не под действием нагрева нитей протекающим током, а вследствие особых колебаний молекул и атомов газа, будет проще, чем освещение современными лампами накаливания. Освещение будущего, — подчеркивал ученый, — это освещение токами высокой частоты.

Особенно подробно остановился Тесла на описании своего резонансного трансформатора как источника волн весьма высокой частоты и снова подчеркнул значение разряда конденсатора в создании таких колебаний. Тесла правильно оценил большое будущее этой важнейшей детали современных радиотехнических средств. Он выразил эту мысль следующими словами:

— Я думаю, что разряд конденсатора будет в будущем играть важную роль, так как он не только предоставит возможность получать свет более простым способом в том смысле, какой указывает изложенная мною теория, но окажется важным и во многих других отношениях.

Подробно изложив результаты экспериментов с токами высокой частоты, получаемыми с помощью резонансного трансформатора, Тесла завершил лекцию словами, свидетельствующими о его ясном представлении значения дальнейшего изучения явлений, над которыми его работы едва приоткрыли завесу тайны:

— Мы проходим с непостижимой скоростью через бесконечное пространство; все окружающее нас находится в движении, и энергия есть повсюду. Должен найтись более прямой способ утилизировать эту энергию, чем известные в настоящее время. И когда свет получится из окружающей нас среды и когда таким же образом без усилий будут получаться все формы энергии из своего неисчерпаемого источника, человечество пойдет вперед гигантскими шагами.

Одно созерцание этой великолепной перспективы подымает наш дух, укрепляет нашу надежду и наполняет наши сердца величайшей радостью.

Под бурные аплодисменты Тесла закончил свое замечательное выступление. Необычайность всего показанного и особенно смелые выводы ученого, видевшего революционные последствия своих открытий, поразили слушателей, хотя далеко не все поняли содержание лекции так глубоко, как того хотелось бы Николе Тесле.

Глава седьмая

_{Частная жизнь Николы Теслы. Роберт и Катарин Джонсон. Марк Твен. Киплинг. Падеревский. Дворжак.}

Слава о замечательном ученом быстро разнеслась по Нью-Йорку, а вскоре и по всей стране. В самый короткий срок Тесла стал одним из наиболее популярных людей Америки. С обычной для этой страны шумихой газеты против воли Теслы безудержно рекламировали его работы, зачастую искажая их научное содержание. Но реклама делала свое дело: толпы людей ожидали выхода Теслы из отеля, собирались у дверей его лаборатории. Не было возможности укрыться от аппаратов вездесущих и бесцеремонных фоторепортеров и журналистов, требовавших интервью, жадно ловящих каждое слово о личной жизни "гениального отшельника", или, как его иногда называли газеты, "одинокого волка".

Даже видавшим виды газетчикам многое казалось непонятным и загадочным. Оказалось, что Тесла в полном одиночестве, без близких и родных, по-прежнему живет в отеле.

Достигнув материальной обеспеченности, он все так же работал круглыми сутками, уделяя сну не более четырех-пяти часов. О лаборатории Теслы никто не знал ничего достоверного, от ассистентов ученого нельзя было вытянуть ни одного лишнего слова о подробностях ведущихся исследований. Прислуга отелей также немного могла рассказать о жизни Теслы, занимавшего обычно один из лучших номеров в верхних этажах, с окнами, выходящими на шумные улицы города.

Никому из обслуживающего персонала не разрешалось входить в его номер без особого вызова.

Высокий, стройный, с голубыми глазами славянина и иссиня-черными волосами, одетый со вкусом, в цилиндре и серых замшевых перчатках, с неизменной тростью в руке, он появляется всегда в одно и то же время в обеденном зале отеля "Дельмонико", самого фешенебельного в Нью-Йорке.

Обедал он всегда один, за одним и тем же столом, скрытым от взоров других посетителей. Приготовление обеда по особому, им самим составленному меню, сервировка стола и наблюдение за питанием Теслы более двадцати лет было обязанностью одного и того же метрдотеля. Нередко Тесла сам изобретал для себя блюда. Чтобы окончательно отучиться от кофе, во вредном действии которого на работоспособность своего организма он убедился еще в студенческие годы, ученый распорядился ежедневно ставить на стол за обедом стакан ароматного черного кофе, но никогда не выпивал его. Постепенно оно стало вызывать в нем такое отвращение, что гарантировало от опасности соблазниться и нарушить установленное для самого себя правило.

Одно время Тесла стал приглашать своих близких друзей и хороших знакомых на обеды в отеле "Уолдорф-Астория". На этих обедах, изысканных и полных искрящегося веселья, бывали выдающиеся деятели литературы, искусства, науки. Тесла стал центром, вокруг которого группировались люди самых различных направлений и интересов. Его блестящее остроумие, мягкий тонкий юмор, меткие замечания и высказывания снискали ему множество друзей. О знаменитых обедах у Теслы говорили не только в Нью-Йорке, но и в Вашингтоне, Филадельфии и других городах — везде знали оригинального ученого, прослывшего чудаком и бессребреником.

Но обеды, даваемые Теслой в отеле "Уолдорф-Астория", не были прихотью сноба. Почти каждый из них заканчивался поездкой в лабораторию, на Пятую авеню, где ученый в доступной форме рассказывал о своих экспериментах, их значении для науки и, главное, для будущего промышленного использования. Всегда и во всем первой его мыслью было обратить свои открытия на благо человечества, облегчить жизнь простого человека. И когда во время или после званого обеда Тесле удавалось привлечь внимание к своим работам, он становился самым красноречивым популяризатором, вдохновенно и незабываемо рассказывающим о его дорогом, горячо любимом, ставшим как бы неотъемлемым от него самого электричестве.

В эти минуты он казался заряженным до самого высокого потенциала и, рассыпая целые каскады блестящих опережающих время мыслей, говорил о необыкновенных приборах будущего, машинах, аппаратах, о явлениях природы, еще необъясненных, но ждущих своего исследователя, и слушатели не могли не заразиться энтузиазмом этого страстно увлеченного своими идеями гения, следуя за ним в грядущее мысленным взором. Среди посетителей обедов бывало немало промышленников и финансистов, которые могли бы полностью обеспечить материально проводимые Теслой исследования. Но ни один из них этого не сделал¹¹. Все свои эксперименты, зачастую требующие больших денег, ученый осуществлял только на свои средства.

Несмотря на свое одиночество, Тесла поддерживал постоянные связи со своими соотечественниками, часто посещал семьи нуждающихся, помогая как только можно иммигрантам из Сербии, Хорватии, Боснии, Черногории. К нему приходили не только за деньгами, но и за советами, часто приглашали как посредника, мнение которого было непререкаемо, для разрешения споров и разногласий.

В городе рассказывали немало историй о чудаковатом ученом, о его подчас совершенно неожиданных и непонятных поступках. Но более внимательный наблюдатель всегда мог найти во всем, что совершал Тесла, проявление его необычайной гуманности, доброты, справедливости и внимания к людям. Однажды в номере Теслы в отеле "Уолдорф-Асторетя" появился немолодой серб и попросил денег, чтобы уехать в Чикаго, так как он опасался мести со стороны несправедливо обиженного им соседа. Тесла не отказал ему в деньгах на дорогу, но сказал:

— Вы можете убежать от обиженного вами, но не от наказания за обиду, — и с этими словами начал так "выколачивать пыль из брюк" посетителя, что тот вскоре запросил пощады.

После обещания никогда не повторять сделанного незадачливый гость получил от Теслы изрядную сумму на дорогу и для устройства с семьей на новом месте. Уходил он из отеля вполне довольный справедливой "наукой".

На следующий день Тесла приехал к обиженному соседу, передал ему извинения обидчика и также оказал серьезную денежную помощь, пришедшуюся весьма кстати.

Тесла часто приглашал к себе сербского певца — гусляра Перуновича — и долго-долго слушал сербские песни под аккомпанемент простого народного инструмента.

Очень любил Тесла стихи выдающегося сербского поэта, прогрессивного общественного деятеля и переводчика на сербский язык Пушкина, Лермонтова, Шекспира, Гёте, Араня, Петефи и восточных поэтов Иована Иовановича Змая. Ученый часто повторял меткие, разящие как стрелы строки этого поэта:

Чести золото не купит,

Честный чести не уступит,

Честь нужна ему как свет.

Рад продать ее бесчестный,

Но, как всякому известно,

У бесчестных чести нет.

Увлечение поэзией Тесла сохранил на протяжении всей своей жизни. Тетрадь стихов, с которой он приехал в Америку, постоянно пополнялась, и как-то с помощью своего друга, американского поэта-демократа и редактора журнала "Сенчури мэгэзин" Роберта Андервуда Джонсона он перевел и издал со своим предисловием сборник стихов сербских поэтов. Вскоре Джонсон так увлекся изучением народной поэзии, литературы и истории Сербии, что знал их не хуже самого Теслы. В последующей переписке Теслы и Джонсона, продолжавшейся свыше сорока лет, американский поэт неизменно подписывался "Лука Филипов", по имени главного героя одноименной поэмы И. Змая. В доме Роберта и Катарин Джонсонов и их дочери Агнес Голден Тесла встречался со многими выдающимися людьми. Некоторые из них специально посещали дом Джонсонов, чтобы познакомиться с Теслой. Сохранилось следующее письмо, адресованное в лабораторию на Пятой авеню:

"Дорогой Тесла! Киплинг недавно приехал в город и должен ужинать у нас в следующий вторник. Не согласитесь ли и Вы поужинать с нами и если согласитесь, то в какое время? Киплинг выразил желание встретиться с Вами, и я надеюсь, что и Вам будет очень приятно познакомиться с ним, так как он — один из тех, кто еще не успел испортиться. Прошу Вас, ответьте возможно скорее, если можете, даже через подателя этого письма и доставьте удовольствие госпоже Филиповой и Вашему верному Луке". Встреча с Редьярдом Киплингом, посетившим Америку уже известным писателем после многих лет жизни в Индии, не осталась бесследной. Тесла живо интересовался писателем, чьи рассказы поражали свежестью художественных образов, великолепными картинами природы Индии.

Киплинг, в свою очередь, интересовался подробностями опытов по радиотелеграфии.

В одну из последующих встреч Тёсла развил перед Киплингом свои мысли о необходимости сближения народов, устранения разобщения между ними, широкого взаимного обмена информацией. Он страстно доказывал Киплингу, что технические изобретения помогут достигнуть этого и наступит время, когда именно их огромная мощь станет надежным препятствием для возникновения войн.

Не эти ли беседы с Теслой натолкнули Киплинга на мысли, развитые им в статье "Радио" и особенно в научно-фантастической новелле "Под покровом ночи"? Написанная еще во времена первых полетов братьев Райт, она содержит предвидение некоторых современных достижений авиации. В будущем, предположил Киплинг, авиация прочно объединит мир, войны останутся в далеком прошлом, а все важнейшие мировые проблемы будут решаться Бюро авиационного управления. Но объединение мира должно произойти… под эгидой Британской империи. В этой новелле полностью раскрылся Киплинг — колонизатор.

Гуманистические мечты Теслы о мирном объединении людей с помощью радиосвязи и широкого обмена информацией не имеют ничего общего с этими идеями Киплинга.

Однажды Катарин Джонсон встретила Теслу особенно оживленно.

— Я приготовила для вас сюрприз. Надеюсь, вы будете рады новому знакомству.

— И, введя Теслу в гостиную, она представила его Самюэлю Клеменсу (Марку Твену), незадолго до этого опубликовавшему свой нашумевший роман "Янки при дворе короля Артура".

Можно понять чувства ученого при знакомстве с писателем, произведения которого приносили ему столько радости еще в детские годы, проведенные в родных ущельях Велебита! Со дня знакомства и до самой смерти в 1910 году Самюэль Клеменс оставался искренним и близким другом Николы Теслы.

В 1891 году в гостиной Джонсонов появился польский пианист, прославившийся своим исполнением музыки Шопена, — Игнаций Падеревский. Знаменитый музыкант в разговоре с Джонсонами сказал: — Человек, с которым я больше всего хотел бы познакомиться на этот раз, — Никола Тесла. Падеревский пришел в восторг, когда узнал от Агнес, что "прославленный личанин" будет этим вечером в доме Джонсонов. Через несколько часов Тесла с огромным наслаждением слушал виртуозную игру пианиста.

Дружбой с Теслой гордился и другой замечательный музыкант — Антонин Дворжак, приехавший в конце 1891 года из Петербурга в Нью-Йорк и вскоре ставший директором Национальной консерватории США. В судьбах представителей двух славянских народов, стонавших под игом монархии Габсбургов, было много общего. Чешский композитор часто навещал своего друга в его лаборатории. Тесла, в свою очередь, чувствовал настоящее наслаждение при звуках славянских симфоний Дворжака. Он был одним из первых слушателей 5-й симфонии ("Из Нового Света"), законченной в начале 1893 года. — Музыка вызывает во мне желание творить, она вдохновляет, зовет нас к прекрасному будущему, — говорил Тесла с улыбкой и добавлял: — Тому будущему, в котором, наконец, полностью осуществятся мои мечты, ведь и они отчасти навеяны музыкой.

Действительно, по воспоминаниям современников, музыка, как и произведения других видов искусства, играла большую роль в творчестве Теслы. Картины великих художников, хорошая музыка, стихи всегда приводили его в подлинный восторг.

Близкие друзья ученого писали впоследствии, что Никола Тесла имел доброе, отзывчивое сердце. Он был очень чувствителен к чужому горю и способен искренне плакать над судьбой героев оперы "Якобинец". Но с людьми, возбуждавшими в нем антипатию или слишком настойчиво искавшими его расположения, он оставался неприступно холодным.

Глава восьмая

_{Лекция в Лондоне. Что можно узнать о простой электрической лампочке? Путешественник или фермер? Лекция в Париже. Снова на родине. Смерть матери.}

В конце 1891 года Тесла получил приглашение прочитать ряд лекций в Европе. Лондон, Париж, Берлин, Франкфурт-на-Майне, Будапешт и Петербург ожидали его выступлений с демонстрацией необычайных опытов, о которых стало известно из статей, опубликованных в распространенных американских журналах.

1 февраля 1892 года Тесла сошел с парохода в Лондоне и был встречен выдающимися учеными, членами Королевского общества. 3 февраля в зале Лондонского института инженеров-электриков Тесла прочел свою первую в Европе лекцию о токах высокой частоты. Свыше трех часов продолжалась эта невиданная демонстрация, изумившая присутствующих своей новизной и неожиданностью. Гениальный ученый предстал перед слушателями как блестящий экспериментатор и превосходный лектор.

Продолжая развивать свои мысли о необходимости самого широкого использования электромагнитных волн, Тесла говорил:

— Подобно тому, как в природе все представляет собой прилив и отлив, волновые колебания, так же во всех отраслях промышленности переменные токи, то есть движение электрических волн, будут править всем, — мысль эта явилась в те годы замечательным предсказанием. И сделано было оно всего лишь через пять лет со времени открытия явления вращающегося магнитного поля и через год после Лауфен-Франкфуртской передачи!

За год до этой лекции Тесла демонстрировал перед Американским институтом электроинженеров свечение ламп и газонаполненных или вакуумных трубок под действием высокого напряжения токов высокой частоты. Здесь, в Лондоне, он снова показал эти опыты, но значительно разнообразил их. Он пропускал через свое тело токи высокой частоты и прикосновением руки заставлял светиться пустотные лампы без электродов.

Сотни изумленных зрителей стали свидетелями не только свечения ламп, но и пуска и остановки электрических двигателей на значительном расстоянии¹². Затем Тесла демонстрировал возможность нагрева под действием токов высокой частоты различных предметов, как проводников, так и изоляторов. Все это могло быть использовано для самых различных практических целей и открывало перед электротехникой огромные перспективы.

Останавливаясь на различных конструктивных деталях некоторых своих аппаратов, Тесла особенно подробно изложил предложенную им теорию изоляции при использовании токов высокой частоты и высокого напряжения.

Чтобы избежать пробоя витков высоковольтных катушек, Тесла вновь предложил применять во всей высоковольтной аппаратуре масляную изоляцию, тщательно освобожденную от пузырьков газа. Это предложение вскоре нашло самое широкое распространение, и до настоящего времени высоковольтные трансформаторы и масляные выключатели заполняются минеральным (трансформаторным) маслом. Здесь нельзя не вспомнить слов Теслы о значении изоляции для создания современных электроэнергетических систем, связанных линиями высоковольтных передач.

Только при использовании масляной изоляции и многофазных переменных токов, — говорил он, — передача мощности может быть осуществлена в индустриальных масштабах, на расстояния, превышающие тысячи миль.

Далее Тесла показал, как газовая среда (например, воздух) по мере разрежения превращается из изолятора в проводник, причем чем ниже давление газа, тем легче он пропускает электричество. Парадоксально звучало в то время утверждение, что при определенных условиях газопроводы могли бы служить прекрасными магистралями для передачи электроэнергии, причем проводником служил бы разреженный газ.

Можно было бы использовать и слои атмосферы для передачи электроэнергии на весьма далекие расстояния без существенных потерь. Позднее Тесла разработал конструкцию такого передающего устройства и получил на него патент не только в США, но и в России, где получение дорого.

То, что в верхних слоях атмосферы воздух обладает проводящими свойствами, прекрасно подтверждено практикой полетов самолетов на больших высотах. Различные неполадки с электрическим зажиганием, вызванные проводимостью воздуха, удалось устранить только тогда, когда это почти забытое предположение Теслы было принято во внимание.

Из гипотезы Теслы об изменении изоляционных свойств газов по мере их разрежения следует, что земной шар представляет собой гигантский конденсатор: верхние слои разреженного воздуха служат одной заряженной обкладкой его, нижние слои при нормальном давлении представляют изолятор, а сама Земля — вторую заряженную обкладку. Эта мысль, как мы увидим, вызвала разработку грандиозного проекта использования электрического заряда Земли.

Тесла провел множество опытов по применению различных тугоплавких материалов в качестве электродов для своих ламп. Одним из таких тугоплавких материалов был незадолго до этого искусственно созданный карборунд (карбид кремния). Экспериментируя с ним, Тесла пришел к заключению, что небольшой карборундовый электрод, способный выдержать очень высокие температуры, даст возможность, применяя токи высокой частоты, получить "по крайней мере в 20 раз большее количество света, чем дает современная лампа накаливания".

Опыты с карборундовыми электродами привели Теслу и к другим замечательным выводам. Прежде всего, он убедился в том, что для интенсивности света имеет значение не накал электрода (нити) лампы, а накал газовой среды, в которой находится электрод. Но как получить сильно накаленный газ, оставляя слабо нагретыми электрод и стеклянную колбу, в которой они помещены? Прежде всего, надо ясно представить себе, что стеклянная колба необходима лишь потому, что иначе нет возможности отделить вакуум внутри ее от окружающего воздуха нормального давления. Применение стеклянной колбы, следовательно, "… делается исключительно для того, чтобы этот прибор мог работать, так как при обычном атмосферном давлении он не способен действовать. В колбе мы имеем возможность усиливать интенсивность процесса в любой степени".

Яркость света, излучаемого лампой, рассуждал Тесла, зависит главным образом от частоты и напряжения, а также и от плотности электрического тока на поверхности электрода. Чтобы увеличить эту плотность, необходимо уменьшить размеры самого электрода. Пропуская через него ток высокой частоты, мы создаем отталкивание молекул газа от электрода. Эти молекулы с большой скоростью ударяются о стеклянную колбу и, потеряв заряд, с еще большей скоростью снова летят к электроду, а оттолкнувшись от него, повторяют этот процесс полета от электрода к стеклу и обратно.

От ударов молекул электрод накаляется все сильнее и сильнее и вскоре начинает отдавать тепло окружающему его газу. Этот раскаленный газ создает вокруг электрода как бы огненную фотосферу, аналогичную фотосфере Солнца. Применяя тугоплавкие электроды из алмаза, карборунда или окиси циркония, можно получить фотосферу объемом в тысячу раз большим, чем объем электрода. При этом электрические свойства газового окружения очень быстро приближаются к свойствам самого электрода, и фотосфера как бы сливается с самим электродом. В дальнейшем удары молекул, отскочивших от стеклянной колбы, сыплются не на сам электрод, а на ту фотосферу, которой он окружен. Этот процесс нарастает с большей скоростью и позволяет получать интенсивное излучение света за счет нагрева фотосферы.

За этим наблюдением таятся замечательные явления, на которые обратил внимание Тесла. Во-первых, в нем заложен принцип разгона мельчайших частиц вещества, циркулирующих между электродом и стеклянной колбой и накапливающих энергию. Известно, что принцип разгона частиц применен в современных установках — циклотронах, бетатронах и других, предназначенных для получения так называемых элементарных частиц с большими энергиями, с помощью которых производятся исследования внутреннего строения атомных ядер. Хотя эти установки и основаны на иных способах разгона, сама идея разгона частиц для придания им больших энергий в зародыше содержится уже в лекциях Николы Теслы.

Во-вторых, его наблюдение за процессом движения частиц (корпускул) в колбе осветительной лампы позволяет представить себе картину явлений, происходящих на Солнце. Тесла полагал, что центральная часть Солнца подобна раскаленному электроду, окруженному фотосферой, принимающей удары частиц, возвращающихся из окружающего пространства. Другой поток частиц с огромными электрическими зарядами выбрасывается этой фотосферой Солнца и направляется в межпланетное пространство в виде космического излучения.

Тесла не только высказал предположение о существовании корпускулярного излучения Солнца и потока космических частиц, но и вычислил их энергию, найдя ее напряжение равным сотням миллионов вольт. Эти данные близки к современным исследованиям.

Солнце, как и другие раскаленные небесные тела, ведет себя совершенно так же, как электрод, обладающий" весьма высоким электрическим зарядом. У Солнца и небесных тел нет стеклянной колбы, подобной оболочке ламп Теслы, и частицы от них уходят с большой скоростью до встречи с газовым окружением других небесных тел, например Земли.

В земной атмосфере, представляющей, как уже говорилось, одну из обкладок конденсатора, эти потоки частиц вызывают электрический заряд, который, в свою очередь, служит причиной самых различных атмосферных явлений — северных сияний, дождей, бурь и других изменений погоды. В то же время заряд наружной обкладки конденсатора вызывает соответствующие изменения как в изолирующем слое (непосредственно прилегающем к Земле слое атмосферы), так и в электрическом заряде Земли.

Как известно, эта догадка Теслы находит свое подтверждение в современных исследованиях космического излучения: именно от Солнца к Земле идет поток материальных частиц (корпускул), наряду с радиоизлучением Солнца оказывающий огромное влияние на метеорологические явления в атмосфере. От Земли же навстречу идет свой поток частиц, доходящий до Солнца. Но догадка еще не доказательство, и мысль Теслы была встречена с большим недоверием. "Этот чудак полагает, что на Землю действительно сыплется мусор вселенной, имеющий к тому же сказочные запасы энергии", — писал о нем один из журналов в Америке.

Искусственные спутники Земли, оборудованные соответствующей аппаратурой, позволят изучить и корпускулярное и электромагнитное излучения Солнца и других небесных тел, найти зависимость между ними и метеорологическими явлениями в атмосфере Земли, изучить влияние их на электрический потенциал нашей планеты. Начало этому изучению положено 4 октября 1957 года, когда первый в истории человеческого общества искусственный спутник Земли был создан русскими учеными, инженерами и рабочими и запущен для изучения верхних слоев атмосферы.

В лекции Тесла вновь возвратился к проблеме экономического освещения и возможности конкуренции между различными источниками света. Он говорил:

— Ни в одной отрасли электротехнической промышленности усовершенствования не являются столь значительными, как в области получения света. Каждый ученый, анализируя современные варварские методы освещения и недопустимые потери, неизбежные даже в лучших системах, должно быть, задает себе вопрос: каким же может быть свет будущего? Будет ли его давать твердое накаленное тело, как в современных лампах, или раскаленный газ, фосфоресцирующее тело, или какое-то подобие горелки, но значительно более эффективное?

— Нет, — отвечает на этот вопрос сам Тесла, — не газовая горелка будет источником света будущего. Экономичное получение света может быть осуществлено с помощью электричества, и усовершенствование его может идти по трем указанным путям: раскаленная нить или шарик, раскаленный или приведенный в особое состояние газ и, наконец, плазменные трубки — вот три источника света, над совершенствованием которых надлежит работать светотехникам всех стран. Но в любом случае необходимо ввести в широкое употребление токи высокой частоты.

Описал Тесла и опыт, являющийся предвестником электронного микроскопа.

Нанеся на стеклянную колбу фосфоресцирующий состав, он наблюдал на нем увеличенное изображение находившегося в центре колбы раскаленного шарика. Не имея возможности объяснить это явление, Тесла все же заметил его и вскользь упомянул о нем. Спустя более пятидесяти лет на основе описанного, им явления и был построен прибор для изучения электронной эмиссии, что, в свою очередь, стало исходным моментом для создания электронного микроскопа.

Заканчивая лекцию, Тесла указал на огромное, необъятное поле деятельности для электриков, желающих развивать эту многообещающую отрасль знания:

— Моим главным стремлением при изложении этих данных было выделить открытые явления и особенности, а также выдвинуть те идеи, которые, как я надеюсь, послужат отправными пунктами для следующих отправных пунктов.

Новые мысли лавиной обрушились на слушателей, не успевавших следить за частностями и воспринимавших все величие замысла как нечто пришедшее из далекого будущего.

Зал института не мог вместить всех желающих слышать Теслу. Поэтому после лекции руководители Королевского общества обратились к гостю с просьбой повторить свое сообщение на следующий день в парадном зале общества, но

Тесла, не любивший восторженных выражений восхищения слушателей, наотрез отказался от второй лекции. Было известно, что не в характере этого человека менять свои решения, и не было никакой надежды уговорить его выступить вторично.

Однако президент Королевского общества недаром поручил вести переговоры с Теслой известному шотландскому физику профессору Королевского института Джемсу Дьюару, который был известен своей невероятной настойчивостью в достижении цели. Он пригласил Теслу в зал Королевского общества, усадил его в кресло Фарадея — священную реликвию английской науки — и снова повторил все свои доводы о необходимости прочесть лекцию. Дьюар указал и на то, что ни один ученый со дня смерти Фарадея не удостаивался чести, оказанной Тесле. Во время разговора Дьюар достал из шкафа начатую бутылку виски, недопитую в свое время Фарадеем, также хранившуюся здесь как реликвия, и угостил Теслу из стакана, к которому не прикасались ничьи губы после смерти гениального английского физика. Такие почести не могли не тронуть Теслу, и он согласился прочитать лекцию, но несколько иного содержания.

Экстренное, внеочередное заседание Королевского общества 4 февраля 1892 года проходило под председательством выдающегося физика, секретаря общества, Джона Рэлея, так же, как и другие слушатели, пораженного опытами и мыслями Теслы. Поэтому неудивительно, что он излил в адрес Теслы самые высокие похвалы, превознося его заслуги перед мировой наукой. Но пожелание, которым закончил Рэлей выражение своего восхищения мастерством опытов гостя, свидетельствовало о том, что он не принимал полностью величественные замыслы Теслы.

Вы на редкость одаренный ученый, — говорил Рэлей. — Мой совет: сосредоточьте усилия на одной из ваших великих идей, разработайте ее до конца, дайте миру возможность воспользоваться ею как можно скорее. Что же касается ваших стремлений решать все вопросы, так сказать, с космическим размахом, то, право же, время для этого еще не пришло. Вы хотите от нас слишком многого.

Мы не знаем, каков был ответ Теслы английскому физику. Но именно этот космический масштаб, ни с чем не сравнимый диапазон рожденных и выношенных им идей были присущи всему его творчеству. Совет Рэлея был подобен тому, как если бы отважному путешественнику, открывающему контуры неизвестных стран, предложили бы соблазниться прекрасной природой одной из них и построить уютную ферму. Нет, Тесла хотел открывать эти новые страны.

Нет, не строить уютные фермы, не заниматься усовершенствованием уже найденного, а стремительно двигаться вперед. Только это привлекало Теслу. И он в своем устремлении не смог уловить в словах Рэлея справедливого предостережения от опасности уйти по увлекательному, но неверному пути. Уйти одному.

Через несколько дней Николу Теслу встречали как величайшую знаменитость в Париже. 18 февраля он повторил для членов Французского физического общества и Международного общества электриков свою первую лондонскую лекцию, и она снова имела шумный успех. Опыты произвели необычайное впечатление и дали огромный материал для работ французских физиков. Множество статей во французских, русских, немецких и австрийских журналах описывали опыты Теслы и излагали его оригинальные мысли.

Следующая лекция должна была быть прочитана во Франкфурте-на-Майне, но через два дня после выступления в Париже — 20 февраля — Тесла получил телеграмму из Госпича с сообщением о тяжелой болезни матери. Мысль о том, что он может не застать ее в живых, так напугала ученого, что он нанял специальный поезд-экспресс, домчавший его до Загреба. Часто меняя лошадей, Тесла за несколько часов приехал в Госпич и застал мать умирающей. Целый день мать и сын провели вместе. Джука Тесла одобрила планы Николы, советуя ему не поддаваться соблазнам, связанным с необычайными успехами в обществе. Наука, одна наука, одна страсть должна владеть им. Эти слова умирающей матери, единственного человека, понявшего полностью величественный замысел своего сына, были ее завещанием.

Ночью она умерла.

Наутро сестры Николы увидели на его голове тонкую седую прядь, резко выделявшуюся на иссиня-черных волосах, напоминавших блеск редкого черного янтаря.

Похоронив мать, Тесла заболел и две недели провел в Пласки у любимой сестры Марицы. В эти дни к нему со всех концовродной страны приходили приглашения побывать и рассказать о своей работе. Особенно настаивали студенты Загреба и Белграда.

И Тесла, отклонивший предложение о дальнейшей поездке в столицы Германии и России, поехал в Белград, показав всему миру, что родная страна бесконечно дорога его сердцу. Студенты Белградской высшей школы собрались перед домом, где он остановился, приветствовали великого ученого бурной овацией. В честь Теслы был дан большой обед.

Присутствовавший на обеде Иован Змай прочел стихи, напечатанные затем в газете "Сербский вестник". В них он назвал Николу Теслу гордостью сербского народа и подчеркнул его неразрывную связь с родиной:

И тебя, Тесла, в ком

Исполинских мыслей рой,

Неодолимо влечет вернуться,

Чтобы поцеловать свою родную землю.

Растроганный Тесла обнял и поцеловал Змая и, обращаясь к собравшимся, сказал:

— У меня есть кое-что, что, может быть, и является заблуждением — это часто бывает у молодых и восторженных людей. Но если мне выпадет счастье осуществить некоторые из моих идей, это явится полезным и добрым делом для всего человечества. Если мои надежды оправдаются, самой дорогой и приятной для меня мыслью будет мысль о том, что это дело серба.

Смерть матери и последние слова ее заставляли задуматься о многом. Наука, одна наука! А разве для него существует еще что-либо, кроме нее? Даже свои великолепные обеды, прославленные в Нью-Йорке едва ли не больше, чем приемы в Белом доме, разве и они не для науки? Не хотел ли он этим привлечь внимание передовых и мыслящих деятелей Америки к своим открытиям?

И все же он ловил себя на мысли о том, что обычный человек со всеми человеческими слабостями и привязанностями вторгается в жизнь большого ученого и мешает ему. Разве не было доли тщеславия в его жизни за последние годы?

Нет, мать права. Наука, одна наука, одна всепоглощающая страсть! Твердое решение изменить образ жизни, не расходовать ни одной минуты на что-либо отвлекающее его от науки придало Тесле бодрость. Расставшись с друзьями, он через Загреб и Вену проехал в Гавр и снова — в третий раз — пересек океан.

В начале лета Тесла уже был на Пятой авеню, среди своих необычайных приборов. Снова работа с утра до поздней ночи — вернее, до рассвета. Снова одинокая жизнь на этот раз в отеле "Гербах". Ни одного званого обеда, ни одного приглашения посетить лабораторию, хотя двери ее, как и ранее, были гостеприимно открыты для близких друзей.

Только семья Джонсонов по-прежнему часто видела его у себя. С Робертом его связывала все крепнущая, искренняя дружба. Катарин Джонсон, женщина красивая и умная, с большой душой и тактом, понимала, как нуждается Никола Тесла в теплом и чутком внимании. Она хорошо знала Теслу, видела все его достоинства и недостатки, разделяла его успехи и неудачи, уважала привычки и привязанности, его благородный в самом высоком смысле слова характер, твердость и настойчивость. Быть может, эта женщина и могла бы стать спутницей жизни одинокого ученого.

Но она была женой друга Теслы… И все-таки доброта и какое-то родственное влечение этой женщины к Тесле сыграли в его жизни большую роль. За много лет их дружбы она не раз поддерживала его в трудную минуту.

Тесла твердо решил отказаться от мысли о женитьбе и возвел это решение в принцип, утверждая, что женитьба нужна лишь "писателям и музыкантам, так как она способствует их вдохновению. Ученый же должен посвящать все свои чувства только науке, ибо, поделив их, он не сможет дать науке все, что от него требуется".

Одиночество стало для него привычным, и он считал, что только оно дает возможность настоящего творчества.

"Быть одному — вот то время, когда рождаются идеи", — писал он в одном из писем. Быть одному! Верно ли это?..

Бесспорно, Тесла был прав, считая уединение от суеты и шума, бесплодных споров и пустых дискуссий самой благоприятной обстановкой для глубокого, оригинального научного творчества. Именно в таких условиях были сделаны многие важнейшие научные открытия, созданы величайшие творения человеческого гения.

Но это уединение не должно отрывать ученого от жизни, от поставленных ею задач. Оно не должно отрывать ученого от широкого общения с другими учеными, от коллектива, ибо давно уже прошло то время, когда одному энциклопедически образованному ученому удавалось находить истину в тиши кабинета.

Тесла искал одиночества лишь потому, что хотел сделать как можно больше для науки, для блага людей. Ради этого он отказался от всех житейских удовольствий, замкнулся в научном творчестве. Но в тех случаях, когда его знания и огромный авторитет могли принести несомненную пользу, Тесла с кипучей энергией участвовал в общественной жизни. Многие годы он принимал участие в работе Американского института электроинженеров и был одно время его вице-президентом. Но в личной жизни Тесла был всегда одинок. Он часто вспоминал мать, ее последние слова, ее завет. Однажды утром, взглянув в зеркало, Тесла с удивлением заметил исчезновение седой пряди волос. Она снова была черной.

Глава девятая

_{Наука, одна наука… Лекции в Филадельфии. Глаз и свет. Три рода излучений.}

Наука, одна наука…

Дни и ночи за разрешением бесконечных вопросов, возникающих в процессе разработки способов практического использования токов высокой частоты, в поисках возможности передачи электроэнергии без проводов на любое расстояние, для связи, силовых нужд, освещения, управления механизмами. Размышления о способах осуществления такой передачи были в самом разгаре. Никогда еще Тесла не ставил перед собой такого большого числа проблем, каждая из которых была исходной для множества следующих исследований. Конкретные решения были уже близки, но впереди еще столько работы!..

После возвращения из Европы он сразу же получил предложение прочитать лекцию в Институте Франклина в Филадельфии — крупнейшем научном учреждении Штатов, начало деятельности которого было положено самим Вениамином Франклином. Вслед за предложением Института пришло и второе — от Национальной ассоциации электрического освещения в Сен-Луи.

24 февраля 1893 года Филадельфия стала свидетельницей необычайного триумфа Теслы. Лекция, прочитанная им, содержала так много идей о ближайшем развитии электротехники, что, опубликованная затем в трудах института, она стала классической.

Избрав темой своего сообщения результаты проведенных им исследований различных действий токов высокой частоты, Тесла озаглавил его: "О свете и других явлениях, связанных с высокой частотой". Лекцию он начал разделом, на первый взгляд весьма отдаленным от темы, — под названием "Некоторые размышления относительно глаза". В нем Тесла подробно анализирует значение зрения, то есть восприятия человеческим глазом тех электромагнитных колебаний, которые являются главной связью между внешним миром и человеческим мозгом с его способностью мыслить.

— Из всех творений природы наивысшее восхищение в нас вызывает именно эта неощутимая сущность, выполняющая свои неисчислимые функции под влиянием воздействий извне, — говорил ученый. — Это воздействие в наибольшей степени и осуществляется через глаз, являющийся как бы окном во внешний мир. Именно глаз передает внешнее раздражение — свет — на сетчатку, то есть на концы зрительных нервов, приходящих под этим воздействием в колебательное состояние, и эти колебания мгновенно передаются к соответствующим клеткам головного мозга.

Тесла предполагал, что существует и обратный процесс: в некоторых исключительных случаях, связанных с необычайной деятельностью мозга и особой силой воображения, возникновение мысли в мозгу человека вызывает на сетчатке глаза, так сказать, флуоресценцию, то есть его свечение. Эта способность глаза отражать движение мысли, по мнению Теслы, и является причиной многих поэтических представлений об отражении внутренних качеств человека в его взгляде. "Поговорка, что душа светится в глазах человека, имеет серьезные обоснования, и мы чувствуем, что в ней выражается великая истина", — писал ученый.

Только зрение дает нам возможность выйти далеко за пределы земных понятий, увидеть мириады других миров, солнц и звезд в необъятных глубинах вселенной. Без зрения, без глаза мы не могли бы иметь даже самого отдаленного представления о мире вне пределов чувственного восприятия вещей и явлений, непосредственно механически соприкасающихся с телом человека. Поэтому справедливо будет считать глаз органом более высокого порядка, чем другие органы чувств, — рассуждал Тесла.

Удивительные способности глаза были бы еще более резко выделены среди всех других органов чувств, если бы то, что мы именуем светом, не встречало препятствий при продвижении среди множества мельчайших материальных частиц, заполняющих нашу земную атмосферу. Встреча частиц вызывает множество различных процессов, и они-то должны быть предметом внимательного изучения.

"Атом, элементарная частица вселенной, подвергается вечному колебанию в пространстве… Если бы его движение прекратилось, он бы погиб. Материя в покое, если таковая и могла бы существовать, была бы мертвой материей. Но материя бессмертна, ибо во всей необъятной вселенной все обязано двигаться, колебаться, то есть жить", — писал Тесла.

Из всех этих предпосылок он делал вывод, непосредственно связанный с предметом лекции: свет должен быть объектом самого тщательного изучения.

Далее Тесла изложил различные способы получения токов высокой частоты, взаимопревращения низких и высоких частот, описал принцип действия своего резонансного трансформатора и возможность получения от него токов весьма высокой частоты и напряжения, явления дугового разряда, происходящего при достижении определенного напряжения в конденсаторе резонансного трансформатора.

Описав затем физиологические действия токов высокого напряжения и высокой частоты, Тесла продемонстрировал на самом себе возможность пропускать без всяких опасных последствий через тело электрический ток напряжением в 200 тысяч вольт при частоте в 1 миллион периодов.

Убедительно и обоснованно Тесла рассказал о выводах из своих физиологических опытов, весьма интересовавших общественное мнение в связи с недавними утверждениями Эдисона об опасностях переменного тока.

— Наиболее опасным и разрушительным для жизни является постоянный ток, а наиболее болезненным — переменный ток очень низкой частоты, — доказывал Тесла, — что же касается токов очень высокой частоты, то действие их на организм человека часто бывает целебным.

Следующий раздел лекции он посвятил изложению своей теории движения молекул и атомов в пространстве, заполненном газом, или в вакууме под действием электростатических сил, а затем перешел к описанию явлений, происходящих при движении электрического тока в разомкнутой цепи. Да, именно в разомкнутой.

Вследствие недостаточной изученности переменных токов в течение длительного времени было принято считать электрический ток чем-то циркулирующим лишь в замкнутой проводящей цепи. Сначала казалось странным открытие, что ток может протекать через проводящую цепь, даже если цепь разомкнута, и еще более удивительным было узнать, что иногда легче заставить ток протекать через разомкнутую цепь, чем через замкнутую, с необыкновенной убежденностью в своей правоте говорил об этом ученый. И Тесла доказал правильность такого парадоксального положения. Пользуясь лишь одним проводом, подключенным к одному полюсу источника тока большой частоты, он зажигал обычные лампы накаливания, специальные лампы с единственным вводом тока, включал и приводил в действие электрические двигатели. Этими же экспериментами была доказана возможность питания потребителей электроэнергии через однопроводную сеть.

Прежде чем перейти к рассказу о возможности использования всех этих явлений для электрического освещения, Тесла поделился весьма важным наблюдением, сделанным им в ходе своих опытов. Оно касается явления резонанса. Тесла утверждал, что резонанс может быть использован для самых различных действий с совершенно неожиданными эффектами.

— Толстый стальной стержень, — говорил ученый, — можно привести в колебание каплями воды, падающими на него через равномерные интервалы; у стекла, которое более эластично, эффект резонанса значительно сильнее: стакан можно заставить лопнуть, если, закрыв им рот, петь ноту определенного тона.

Никола Тесла обосновал возможность получения "чистого резонанса", то есть явления незатухающего резонансного усиления колебаний! Подробно изложив возможность получения явления электрического резонанса, Тесла подошел к тому, что можно считать основной мыслью всей лекции. Связывая воедино выводы о возможностях передачи электроэнергии по одному проводнику и резонансного усиления колебаний, он сказал:

— В связи с рассмотрением явлений резонанса и проблемы передачи энергии по одному проводу я скажу несколько слов о том, что часто является предметом моих размышлений и с чем связано всеобщее благополучие. Я имею в виду передачу сигналов, сообщений, энергии на любом расстоянии без применения проводов. С каждым днем я все более убеждаюсь в возможности практической реализации этой идеи.

Я отлично знаю, что подавляющее большинство ученых не поверит в возможность уже теперь реализовать эту мечту. Несмотря на это, мне кажется, что достижения целого ряда практиков за последние годы должны дать новый толчок развитию мысли и эксперимента в этом направлении. Я настолько убежден в этом, что теперь уже рассматриваю такой способ передачи энергии и сообщений не только как чисто теоретическую возможность, а считаю его крупнейшей проблемой электрической техники, которая должна быть разрешена в ближайшее время. Идея передачи сообщений и энергии без проводов представляет закономерный результат последних достижений и исследований в области электричества. Я очень твердо верю в то, что практически возможно возмутить посредством мощных машин электростатическое состояние Земли и таким образом передавать сигналы связи и энергию.

Мы теперь знаем, что можно передавать электрические колебания через один проводник. Почему же в таком случае не использовать для этой цели Землю? Нас не должна пугать мысль о расстоянии. Уставшему путнику, отсчитывающему верстовые столбы на дороге, Земля может казаться очень большой, но счастливейшему из всех людей, астроному, который рассматривает небеса и по их масштабам судит о размере нашей планеты, она кажется очень маленькой. И такой же, я полагаю, она представляется электрику, ибо когда он рассматривает скорость распространения в Земле электрических возмущений, все понятия о расстоянии совершенно стираются.

Тесла со всей энергией занялся разработкой идей передачи сигналов, сообщений, электроэнергии на дальние расстояния без проводов через Землю с помощью явления резонанса. Для этого необходимо было прежде всего установить, обладает ли земной шар электрическим зарядом и каковы те условия, при которых можно было бы вызвать его резонанс.

Последний раздел своей лекции Тесла посвятил собственно вопросам освещения. В нем он продолжал развивать мысли, высказанные на лекциях в Лондоне и Париже. Однако тысячи опытов, успешно проведенных им за прошедший год, привели к новым открытиям, к обнаружению удивительных явлений, на которые было необходимо обратить внимание научного мира.

Пожалуй, самым важным среди открытий, сделанных Теслой в процессе изучения явлений свечения вакуумных трубок, было установление того, что в специальных лампах с тугоплавкими электродами имеют место три вида излучений: видимый свет, абсолютно черное излучение (то, что теперь называется ультрафиолетовыми лучами) и "совершенно особые лучи", дававшие странные отпечатки на металлических экранах (пластинках), помещенных в металлических коробочках, пристроенных к лампам.

Тенеобразное изображение, вызванное этими удивительными, "совершенно особыми лучами", обладающими необычайным свойством проникать через предметы, непрозрачные для обычного света и ультрафиолетовых лучей, позволяет "видеть" предметы, находящиеся в непрозрачных ящичках. На них, на эти лучи, несомненно, следует обратить особое внимание. Но накоплено еще недостаточно данных для каких-либо более определенных выводов-исследования этих лучей будут предметом его специальных занятий в ближайшее время, — сказал ученый.

Как видно из лекций Теслы, в 1893 году он, как и немецкий физик Ленард, был близок к одному из величайших научных событий XIX века — открытию того, что мы называем лучами Рентгена. Однако ни Ленард, ни Тесла не довели в этот год своих исследований до стадии открытия и приняли участие в разработке его лишь после опубликования статьи Рентгена: Ленард, настойчиво претендуя на приоритет, Тесла лишь сообщением результатов своих наблюдений.

Продолжая придавать большое значение поискам способов рационального освещения, Тесла с особенным удовлетворением говорил о возможности использования плазменных трубок для создания особого освещения, близкого к солнечному. Для этого необходимо применять токи весьма высокого напряжения и сверхвысоких частот при обычных давлениях воздуха или газов в самих трубках.

— Можно еще много сказать о световых эффектах, — говорил Тесла в лекции, — получаемых в газах при низком или обычном давлении. Обладая еще слишком незначительным опытом, мы не можем утверждать, что своеобразный характер этих великолепных явлений достаточно известен. Но исследования в этой области продвигаются исключительно интенсивно. Любое направление научной мысли по-своему привлекательно, но исследования в области электричества обладают особым очарованием, ибо в сфере этой чудесной науки нет ни одного эксперимента или открытия, которое не вызвало бы у нас восхищения. Мне лично кажется, что среди всех удивительных явлений, которые мы наблюдаем, самым великолепным зрелищем может служить эвакуированная трубка (трубка с разреженным газом), когда, возбужденная электрическими импульсами от удаленного источника, она ярко вспыхивает во тьме, наполняя комнату своим ослепительным светом.

Заканчивая свою лекцию, Тесла высказал основную мысль, прекрасно характеризующую существо всей его научной работы:

Возможно, моя лекция и не отвечала требованиям строго научного исследования, при котором каждый результат представляет логическую последовательность по отношению к предыдущему, и, таким образом, внимательный читатель или слушатель может предугадать его заранее. Я предпочел направить свои стремления главным образом на ознакомление вас с новыми фактами или идеями, которые могут явиться исходными точками для работы других, и это должно извинить меня за отсутствие гармонии. Объяснения явлений были изложены с лучшими намерениями и с чувством студента, который готов выслушать более удачную интерпретацию.

Не будет большим злом, если студент впадет в заблуждение; если же ошибаются великие умы, мир дорого оплачивает их ошибки.

Нельзя не согласиться с этим выводом Теслы, выходящим далеко за пределы науки об электричестве.

Глава десятая

_{Пожар на Пятой авеню. Новая лаборатория на Хаустон-стрите, 46. "Ковчег", управляемый по радио. Торпеды или роботы? Автомат с "собственным умом".}

Утро 13 марта 1895 года. Еще не наступил час прихода служащих в лабораторию на Пятой авеню, и Тесла, по обыкновению закончивший рабочий день на рассвете, только что вернулся к себе в отель, когда по городу разнеслась ужасная весть: огромный дом, в котором помещалась лаборатория изобретателя, объят пламенем. Тщетны были усилия пожарных, пытавшихся бороться с огнем, но вскоре вынужденных отступить и позволить ему пожирать этаж за этажом. С каждой минутой пламя губило накопленные годами оборудование, редкие приборы, рукописи и книги. За несколько часов огонь уничтожил результаты многих лет упорного труда.

Когда Тесла появился на Пятой авеню, он увидел лишь обгорелый остов здания и обломки искалеченных приборов. Пожар не только уничтожил все результаты многолетних трудов, но и разорил ученого, не застраховавшего свое имущество. В огне погибли также письма сестры и бюст матери, всегда стоявший на столе в рабочем кабинете Николы Теслы.

Нужно было иметь много мужества и веры в свои силы, чтобы не упасть духом и не отказаться от продолжения работы. Тут же, у еще дымящегося строения, Тесла без тени сомнения заявил репортерам газет о своем намерении восстановить сгоревшие рукописи, так как все они хранятся в его памяти, как в самом надежном сейфе.

— В моей лаборатории были уничтожены следующие самые последние достижения в области электрических явлений. Это, во-первых, механический осциллятор; во-вторых, новый метод электрического освещения; в-третьих, новый метод беспроволочной передачи сообщений на далекие расстояния и, в-четвертых, метод исследования самой природы электричества. Каждая из этих работ, а также многие другие, конечно, могут быть восстановлены, и я приложу все мои усилия, чтобы это восстановить в новой лаборатории, — сказал Тесла в одном интервью, но тут же, не удержавшись, добавил: — Безвозвратно погибло лишь то, что имело для меня личную ценность.

По городу распространился слух, порожденный широко известной борьбой двух изобретателей. Причиной пожара называли поджог, совершенный якобы подкупленными Эдисоном сотрудниками лаборатории Теслы. Когда это предположение дошло до Теслы, он публично опроверг его, заявив, что считает Эдисона слишком порядочным человеком и большим изобретателем, чтобы тот мог быть заподозрен в столь бесчестном поступке.

На следующее утро газета "Нью-Йорк сан" в сообщении под заголовком "Несчастье для всего мира" писала: "Уничтожение мастерской Теслы на Западном Бродвее со всем ее удивительным содержимым — более чем личная неприятность. Это несчастье для всего мира". И это действительно было несчастьем для всего мира.

Уже вечером в день пожара Тесла начал восстанавливать свои записи, а следующим утром подыскал небольшое помещение для лаборатории, заказал необходимую аппаратуру и приступил к работе. Вскоре изобретателю оказала финансовую помощь "Компания Ниагарских водопадов". Через Эдварда Адамса Тесла получил в свое распоряжение 100 тысяч долларов, на которые оборудовал на Хаустон-стрит, 46 лабораторию, и уже осенью 1895 года возобновил свои исследования в полном объеме.

Снова начались дни упорного труда в поисках принципиального решения поставленной задачи — создания такой системы, в которой с помощью электромагнитных колебаний большой частоты можно было бы на любых расстояниях воздействовать на различные механизмы.

Тесла считал, что ему самому нет необходимости разрабатывать до деталей всевозможную аппаратуру для использования в различных целях открытые им токи высокой частоты. Идти вперед, непрерывно обнаруживая все новые и новые следствия из его величайшего открытия — вращающегося магнитного поля и токов высокой частоты, давать миру все новые и новые идеи, мысли, расширять горизонты науки, обобщая, казалось бы, разрозненные и взаимно не связанные факты, — такую задачу он поставил перед собой.

Адамс, убедившись в огромных перспективах, открываемых работами Теслы, предложил ему в компаньоны своего сына. При этом он гарантировал увеличение финансирования. Тесла категорически отклонил это предложение, хотя оно обеспечивало ему полное материальное благополучие.

Не внял Тесла и совету своего помощника Георга Шерфа завершить хоть одно из своих великих открытий созданием прибора, распространение которого дало бы значительный доход и обеспечило бы тем самым материально дальнейшие исследования.

— Вот хотя бы передача на расстояние сигналов, различных сведений, биржевых новостей, — говорил Шерф. — Ведь вы уже три года тому назад высказали вполне законченную идею беспроволочной передачи сигналов. Ваши опыты на Чикагской выставке дают все основания надеяться на успех. Согласитесь с предложением Ллойда. Осуществите передачу по вашей системе сведений о ходе международных соревнований яхт. Это даст вам средства, достаточные для дальнейших работ. Тесла отказался наотрез.

— Я не сделаю этого, — ответил он своему помощнику. — Пусть другие, если хотят, занимаются разработкой того, о чем я уже обмолвился в своих лекциях, что показал для подтверждения правильности своих предположений. Я разрабатываю свою всеобщую, всемирную систему применения токов высокой частоты для самых различных целей, и, пока она не будет ясна мне во всех деталях, я не отвлекусь от нее для разработки частностей.

Не приходилось ли Тесле в последствии вспоминать этот разговор в 1896 году с Георгом Шерфом, когда финансовые возможности изобретателя и ученого оскудевали до крайности? Не раз удары судьбы ставили разработку его идей в зависимость от материальных условий. Но всегда он оставался верен себе: ни за что не отвлекаться на частности, идти вперед, обгоняя эпоху.

В своей лаборатории Тесла продолжал разрабатывать сразу все проблемы, изложенные им в ставших классическими лекциях, прочитанных в Америке и Европе. Одной из таких проблем было выяснение природы тех "совершенно особых лучей", которые обладали удивительными свойствами проникать сквозь непрозрачные предметы.

Тесла много экспериментировал с ними и предложил использовать эти лучи для изучения предметов, не видимых глазом. Когда в конце 1895 года немецкий физик В. Рентген обнаружил эти лучи (названные первоначально Х-лучами) и в начале 1896 года опубликовал результаты своих наблюдений в журнале Вюрцбургского физико-медицинского общества, Тесла немедленно откликнулся на это сообщение. В апреле 1896 года он опубликовал первую из десяти статей, указав на возможность применения Х-лучей для обнаружения и лечения опухолей и воспалений. В других статьях этой серии Тесла подробно остановился на различных случаях будущего использования рентгеновских лучей, на технике работы с ними, о мерах предосторожности при обращении с трубками Рентгена и Ленарда.

Сам Рентген провел вторую серию своих знаменитых опытов, пользуясь для получения токов высокого напряжения резонансным трансформатором Теслы.

Между Теслой и Рентгеном завязалась переписка, продолжавшаяся до 1901 года. В одном из последних сохранившихся писем В. Рентген писал:

"…Вы крайне удивили меня прекрасными фотографиями чудесных разрядов, и я очень благодарен Вам за них. Если бы мне только знать, как Вы достигаете таких вещей! С выражением глубокого уважения остаюсь 20 июля 1901 года". В. Рентген.

Мысли Теслы по-прежнему были заняты стремлением создать универсальную систему передачи и использования электромагнитных колебаний, способную обеспечить потребление электроэнергии в любой точке земного шара.

В 1896 году невдалеке от Нью-Йорка Тесла построил небольшую радиостанцию и передавал сигналы на расстояние до 32 километров. К этому времени он увеличил частоту тока на своей отправительной станции (уменьшил длину волны), доведя его до 2 МГц — величины, ранее недостижимой. Сигналы его отправительной установки в Нью-Йорке принимали на судах, движущихся по Гудзону на расстоянии свыше 25 километров. 2 сентября 1897 года на изобретение Теслы в этой области были выданы два патента за номерами 645576 и 649621. Они знаменовали, что пройден еще один важный этап по пути к созданию всеобщей системы передачи энергии на расстояние. Экспериментируя на своей отправительной станции, Тесла занялся разработкой схемы передачи радиоволн для управления различными механизмами. Накопленный им опыт свидетельствовал о полной осуществимости этого замысла. Полтора года прошло в изучении тех условий, которые могли бы обеспечить надежное, безотказное управление на расстоянии автоматическими устройствами. В начале следующего, 1898 года Тесла создал первую конструкцию судна, управляемого радиосигналами на значительном расстоянии, и испытал его модель в лаборатории на Хаустон-стрите. 1 июля 1898 года он подал заявку на патент.

В сентябре 1898 года в Медисон-сквер-гардене (один из крупнейших залов Нью-Йорка) проходила ежегодная электрическая выставка. В центре зала был устроен большой бассейн. На одной из стенок его сделали причал, к которому пришвартовывался небольшой, странный на первый взгляд ковчег с длинным тонким металлическим стержнем посредине и металлическими трубками, заканчивающимися электрическими лампочками на корме и на носу.

Тонкий стержень был приемной антенной, а сам ковчег — первым в мире управляемым по радио судном, одним из наиболее важных изобретений Николы Теслы.

У необычного экспоната собирались толпы зрителей. Сигналом с пульта управления ученый заставлял лодку плыть с различной скоростью вперед и назад, проделывать сложные маневры, зажигал и гасил электрические лампы на носу и корме ее.

Радиосигналы с пульта принимались антенной, установленной на лодке, и затем передавались внутрь ее, где сложные механизмы послушно выполняли все распоряжения Теслы. Специальные устройства, так называемые сервомоторы, превращали электрические сигналы в механическое движение.

8 ноября 1898 года на это изобретение Николе Тесле был выдан патент в США, а затем и в других странах, в том числе и в России (30 июля 1905 года по Заявке от 26 октября 1898 года). Описания опытов в Медисон-сквер-гардене и патента Теслы заполнили страницы газет и журналов. О них писали не только в США, но и в России, Франции, Англии. Снова Тесла стал в центре внимания всех электротехников мира. Особенно большое впечатление произвело заявление Николы Теслы, сформулированное в заключительных словах патента. После подробного перечисления многих случаев возможного применения своего изобретения Тесла писал: "Это мое изобретение может оказаться полезным во многих отношениях.

Такие суда или транспортные средства могут быть использованы для установления коммуникаций в недоступных областях с целью их изучения или осуществления различных научных, технических и торговых задач".

Вокруг "ковчега" Теслы была поднята немалая сенсационная шумиха, но в определенных влиятельных кругах возможность управления на расстоянии оценили прежде всего и только с точки зрения разрушительного действия подобных автоматов. Впервые мысль о возможности подобного применения изобретения Теслы в военных целях была высказана научным редактором газеты "Нью-Йорк тайме" Вольдемаром Кемпфером. Он предложил нагрузить большую лодку динамитом, заставить ее погрузиться, направить на цель и взорвать вражеский корабль. Это предложение казалось особенно заманчивым ввиду военных действий между США и Испанией за Кубу и Филиппинские острова, начавшихся гибелью американского военного корабля "Мэн", взорвавшегося 15 февраля 1898 года у берегов Кубы. Эта катастрофа, причина которой осталась неизвестной, была использована американскими империалистами как предлог для начала захватнической войны.

Спекулируя на изобретении Теслы, Кемпфер надеялся, что его, Кемпфера, предложением заинтересуются в Пентагоне. Не считаясь с желаниями самого изобретателя, Кемпфер использовал все возможности для пропаганды своего проекта использования автоматически управляемых подводных лодок. Тесла немедленно заявил категорический протест, хотя и передал свое изобретение в распоряжение правительства США. В журнальных статьях он писал:

"Мое изобретение не торпеда, а первый представитель расы роботов, который будет выполнять все работы за человека. Роботы годны и для войны и для мира. Но именно они в силу своих необычайных разрушительных возможностей сделают бессмысленной всякую войну".

В те годы Тесла не понимал, что автоматика, основанная на его изобретениях, сможет избавить человечество от разрушительных войн лишь тогда, когда она станет достоянием самих народов. Последующие несколько месяцев Тесла посвятил разработке идеи управляемого на расстоянии автомата, могущего воспроизвести все действия человека. Глубокое изучение строения нервной системы и мозга у людей и высших животных помогло ему усовершенствовать созданный автомат. Историю этих работ Тесла сам описал в 1900 году в статье, подводившей итог его первым исканиям в этой области:

"…Я решил создать автомат, который, подобно мне самому, реагировал бы на внешние раздражители, но более ограниченно. Такой автомат должен обладать способностью двигаться, то есть иметь механизм для осуществления движения, для направления движения в один или несколько органов, принимающих внешние раздражения. Я считал, что эта машина сможет выполнять все движения живого существа, ибо она будет обладать всеми основными органами животного.

Для этого необходимо, чтобы такой автомат обладал каким-либо элементом, аналогичным человеческому мозгу, управляющим его действиями или операциями в любом случае, который может представиться, как если бы он имел знания, рассудок, суждения и опыт. Однако этот элемент легко создать в нем, передав ему свой собственный ум. Таким образом, появилось новое изобретение и новая техника, для которой предложено и новое название — "телеавтоматика", что означает техника управления движениями и действиями автоматов, удаленных на расстояние".

Тесла всесторонне разработал основные положения этой новой техники. Чтобы иметь возможность управлять различными автоматами или частями одного автомата, не вызывая действия других, необходима настройка их приемных устройств на разные частоты, посылаемые с одной центральной станции. Это показывает, что Тесла с замечательной прозорливостью понял значение радиоизбирательности, чего другие изобретатели в области радио тогда еще не оценили в должной мере.

После того как Тесла выяснил все условия, при которых оказывается возможным осуществить передачу по радио сигналов для управления действиями автоматов и устранить возможные помехи, он пошел дальше в создании еще более сложных механизмов. Позднее ученый писал:

"Простейшим, уже описанным способом знание, опыт, суждение, короче говоря, ум находящегося вдали оператора воплощались бы в такой машине, которая тем самым была бы в состоянии действовать разумно. Она вела бы себя подобно слепому, получающему все указания на слух. Сконструированные до сих пор аппараты наделены "заимствованным умом", так как каждый из них представляет как бы часть оператора, передающего им свои разумные распоряжения. Но ведь данная область еще только начинает развиваться!

Я намерен показать, что, как бы это сейчас ни казалось невозможным, можно создать автомат, наделенный "собственным умом", под которым я подразумеваю то, что он, будучи предоставлен самому себе, отвечая на внешние раздражения, влияющие на его чувствительные органы, независимо от оператора сможет выполнять различные действия, как если бы он обладал умом.

Он смог бы действовать по распоряжениям, заданным заранее. Он смог бы различать, что следует и чего не следует делать, и смог бы накапливать опыт и регистрировать впечатления, которые, несомненно, имели бы значение для его последующих действий. Фактически у меня уже имеется подробный план такого автомата.

Хотя я создал это изобретение много лет назад и объяснил его своим посетителям в лаборатории, но получило известность оно лишь совсем недавно, значительно позже того, как я его усовершенствовал, и, естественно, вызвало сенсационные отклики. Но истинное значение этой новой техники не понято большинством и не оценено громадное значение ее основного принципа.

Насколько я мог судить на основании многочисленных замечаний, появившихся после демонстрации, полученные мною результаты считались тогда неосуществимыми. Даже те немногие, кто был склонен считать мое изобретение осуществимым, видели в нем только автоматически движущуюся торпеду, назначение которой взрывать линкоры с сомнительным к тому же успехом.

Однако техника, которую я разработал, способна не только изменять направление движения судна. Она обеспечивает средства точной регулировки всех неисчислимых поддающихся управлению движений, а также действий всей суммы органов любых автоматов, независимо от их числа".

Действительно, в конце XIX века было трудно поверить в возможность этого. Создание сложных управляемых автоматов, способных выполнять по заранее заданной программе логические операции, накапливать опыт и самостоятельно вносить коррективы в программы, считалось неосуществимым даже в 30-е годы XX века. Но Тесла на протяжении многих лет упорно продолжал совершенствовать сложные автоматы, максимально приближая их действие к действиям человека.

Конечно, для полного успеха замысла Теслы необходимы были усилия многочисленного коллектива ученых, инженеров и техников различных специальностей. Известно, что создание современных роботов есть результат достижений математики, физики, механики, радио и электротехники, логики. Для одного ученого решение всех этих проблем было непосильно, но, тем не менее, огромной важности работы Теслы в этой области не должны быть забыты.

Спустя пятнадцать лет Тесла вновь вернулся к этому вопросу и в неопубликованной статье описал историю своих работ по созданию управляемых автоматов. В ней же он рассказал и о безуспешной попытке заинтересовать своим изобретением различные ведомства, финансистов и промышленников. "Идея создания автомата собственной теории пришла мне в голову давно, но я не начинал над ней работать до 1893 года, когда приступил к своим исследованиям в области беспроводной связи. В последующие два-три года я сконструировал ряд автоматических механизмов, работающих под управлением на расстоянии, и показывал их посетителям своей лаборатории. Однако в 1896 году я спроектировал полную машину, способную совершать множество операций, но осуществление этой работы было отложено до конца 1897 года. Эта машина изображена и описана в "Сенчури мэгэзин" за июнь 1900 года и в других периодических изданиях того времени. Когда она впервые была показана в 1898 году, то вызвала такую сенсацию, как ни одно из моих других изобретений.

В ноябре 1898 года был получен основной патент на эту новую технику, но произошло это лишь после того, как главный эксперт прибыл в Нью-Йорк и ознакомился с моей машиной; описание показалось ему неправдоподобным. Я помню, что когда я позднее приехал в Вашингтон с целью предложить свое изобретение, должностное лицо, к которому я обратился, выслушав меня, разразилось хохотом. В то время не было даже самых слабых перспектив на осуществление моего предложения.

К сожалению, в этом патенте, следуя совету своих поверенных, я указал, что регулировка осуществляется посредством единичной цепи и детектора известного типа. Это было сделано по той причине, что еще не было получено патента на мою систему избирательности. Фактически же управление моими лодками осуществлялось через взаимодействие нескольких цепей, и помехи какого бы то ни было рода были совершенно исключены.

В тот же самый период была сконструирована другая лодка больших размеров. Ею управляли с помощью рамочной антенны с несколькими витками, установленной в корпусе, водонепроницаемом и способном к погружению в воду. Этот прибор был аналогичен первоначальному, за исключением некоторых особенностей, которые я ввел в него: например, лампы накаливания, являвшиеся видимым подтверждением действия машины, и др.

Однако этот автомат, управление которым совершалось в пределах поля зрения оператора, представлял только первый шаг в развитии техники "телеавтоматики". Следующим логическим шагом было применение автоматики к приборам, расположенным вне пределов видимости, а затем и на очень больших расстояниях…"

Построенные Теслой суда, управляемые по радио, уплывали в открытое море на расстояние в 25 морских миль от управляющей станции, совершали все маневры, требуемые оператором, а затем благополучно возвращались в Нью-Йоркскую гавань.

Успешное решение этой сложной задачи позволило Тесле перейти к созданию еще более сложного аппарата, управляемого по радио. В 1900 году он работал над проектом летательного аппарата, снабженного реактивным двигателем.

"Подобной машиной, поддерживаемой и приводимой в действие исключительно за счет реакции, можно управлять или механической, или беспроводной связью, установив соответствующие приборы. Можно запустить летающий аппарат в воздух и заставить его упасть почти точно в заданной точке, которая может быть на расстоянии тысячи миль. Но мы не думаем на этом остановиться", — писал Тесла в той же неопубликованной статье.

Существуют, по видимому, еще более интересные и более сложные проекты управляемых по радио и летающих аппаратов, разработанных Николой Теслой в те годы и затем усовершенствованных им в период первой мировой войны, но он не имел привычки записывать ход своих расчетов и делать чертежи изобретенной конструкции, пока все изобретение не становилось абсолютно ясным и не создавалось патентное описание его. Можно предположить, что многие изобретения подобного рода, сделанные Теслой в различные годы, останутся неизвестными, ибо они умерли вместе с ним, если только в его черновых бумагах, хранящихся в Белграде, не будет со временем обнаружено документов, подготовленных для получениясоответствующих патентов¹³.

Какое значение имели эти работы Теслы для развития той области науки и техники, которая только впоследствии приобрела огромное значение и стала широко известной под названием "инженерная кибернетика", видно из того, что именно под влиянием идей "телеавтоматики" были созданы такие автоматы, как, например, электрический пес Джона Хамонда (1910 г.). Эта искусственная собачка на колесиках следовала повсюду за хозяином, двигаясь с помощью мотора, которым управлял световой луч, попадающий внутрь устройства через линзы, изображавшие глаза, затем проходивший через селеновые ячейки и превращавшийся в импульсы движения. Хамонд также построил яхту, совершавшую плавание без команды, выходившую в море из Бостонской гавани и возвращавшуюся в нее по сигналам оператора, передаваемым по радио.

В еще большей степени приблизился Тесла к современным понятиям кибернетики в другой записке, относящейся, по-видимому, к 30-м годам.

Весь ход развития современной электроавтоматики подтверждает правильность предположений, высказанных Николой Теслой. Не менее важно отметить, что именно Тесла был создателем разнообразной управляемой на расстоянии автоматической аппаратуры.

Современные управляемые по радио сложные автоматы, ракеты, торпеды, подводные лодки, беспилотная авиация и множество других устройств подобного рода являются результатом продолжения работ Николы Теслы, его неустанных трудов, привлекших внимание последующих изобретателей. И хотя имя Теслы, как одного из основоположников всей современной телеавтоматики и кибернетических машин, не всегда упоминается в литературе, историческая правда заключается в том, что именно ему более чем кому-либо мир обязан зарождением и прогрессом многих важнейших направлений современной техники. Но Тесла не мог ограничиться этими изобретениями. Создать систему управления подобными автоматами на любом расстоянии, в любой точке земного шара, при незначительной затрате электроэнергии и использовании явления резонанса — такова задача, поставленная им перед собой в конце 1899 года.

Глава одиннадцатая

_{Тесла изучает ультразвук. "Телегеодинамика". Можно ли ослабить землетрясение? Случай в лаборатории.}

Во время опытов с токами высокого напряжения — до нескольких миллионов вольт, — проводимых в лаборатории на Хаустон-стрите, 46, имели место мощные разряды. Это были искусственные молнии, изучению природы и поведения которых Тесла уделял большое внимание. Его замыслы простирались далеко: он мечтал покорить молнию, заставить эти мощные разряды атмосферного электричества совершать полезную работу, укротить природу. Тесла видел в мечтах, как в далеком будущем это грозное и разрушительное явление будет служить человеку.

При каждой грозе он требовал широко открывать окна рабочего кабинета, обычно и днем и ночью наглухо закрытые и задернутые черными шторами. Но в грозу, особенно ночью, он любил один стоять у раскрытого окна, всматриваясь в разбушевавшуюся стихию (в "огненные дела на небе", как он говорил). Мощь грозы привлекала и вдохновляла ученого, и он аплодировал наиболее сильным ударам молнии.

В лаборатории на Хаустон-стрите Тесла возобновил свои опыты с механическим осциллятором, первый образец которого погиб во время пожара, и построил несколько приборов, позволявших получать механические колебания сверхзвуковой частоты. Каждое утро он включал свои осцилляторы и наблюдал, как последовательно отвечают на колебания различной частоты части здания лаборатории. При совпадении частот осциллятора с частотой их собственных колебаний вибрация достигала заметных, а иногда и опасных величин.

В короткий срок Тесла установил, что с помощью ультразвука (то есть механических колебаний сверхзвуковой частоты) можно воздействовать на заранее определенные предметы и вызывать в них те или иные действия. Особенно большое значение имело открытие им возможности с помощью самых слабых колебаний, поддерживаемых непрерывно, производить весьма сильные разрушения, как только частоты этих колебаний попадут в резонанс с собственными колебаниями намеченного предмета. При этом действие направленных колебаний не коснется других предметов, обладающих иными частотами собственных колебаний. Открытие этого явления — так называемого избирательного резонанса — имело огромное значение для практического применения ультразвука.

"Телегеодинамика" — так назвал Тесла науку о возможности передачи ультразвуком мощных толчков через землю для получения разрушительных действий на значительных расстояниях. Немного позднее он расширил круг этой науки, показав, как можно использовать ультразвук для нахождения отдаленных предметов, поисков полезных ископаемых, обнаружения подводных лодок. Предсказанные им возможности использования ультразвука подтвердились позднее.

В воспоминаниях биографов Теслы можно найти немало курьезов, связанных с его исследованиями в этой области.

Однажды Тесла проводил обычные испытания действия своего механического осциллятора. Постепенно повышая число колебаний, он наблюдал, как сначала на них откликнулся водопровод, затем на очень короткий промежуток времени — стены здания, после чего колебания перешли в область, не вызывавшую резонанса в самой лаборатории. Тесла продолжал опыт, но вскоре начал ощущать вибрацию всего здания и инстинктивно почувствовал угрожающую ему опасность. Медлить было нельзя, а отключение осциллятора, действовавшего от резервуара со сжатым воздухом, требовало несколько минут. Недолго думая, Тесла схватил тяжелый молоток и ударил по осциллятору. В ту же минуту в лабораторию ворвались полицейские и остановились в недоумении, видя знаменитого ученого, разбивающего сложный прибор. Тесла был не менее удивлен появлением полицейских: вибрация здания едва началась, и вряд ли это могло быть причиной их посещения лаборатории. Однако вскоре все выяснилось. Уже давно действие осциллятора вызывало колебания некоторых зданий в окрестном квартале, среди них был и полицейский участок. Обеспокоенные непонятным явлением, полицейские направились на Хастон-стрит, 46, правильно предположив, что колебания эти вызваны каким-либо опытом Теслы, хорошо известного им по необычным молниям, сверкающим в его лаборатории.

Другой курьез связан с именем Марка Твена. Экспериментируя с осциллятором, Тесла обнаружил некоторые физиологические действия вибрации и сконструировал специальную платформу, колебания которой необычайно бодряще действовали на стоящего на ней человека. Однажды Тесла предложил Марку Твену испытать на себе действие этой вибрирующей платформы. Твен был поражен.

— Как это придает силы! Я чувствую, что молодею! — в восторге восклицал он.

— Довольно, Самюэль, сойдите. Это кончится плохо, — с улыбкой рекомендовал ему Тесла.

— Ну, нет. Ни за что на свете, — решительно возразил знаменитый писатель. — Я чувствую себя все лучше и лучше. Почему вы хотите лишить меня этого удовольствия? Нет, даже подъемным краном вы не снимете меня отсюда так скоро.

— Помните, Самюэль, я предупредил вас, что пора сойти.

— Нет, дорогой Никола, еще немного, — но Твен произнес эти слова уже не так уверенно.

Затем он проворно соскочил с платформы и полуумоляюще, полутребовательно спросил:

— Тесла, где здесь это?…

— Прямо, маленькая дверь в углу, — хохотал изобретатель. — Не забывайте только, что я вас предупреждал…

Тесла немало гордился созданными им ультразвуковыми приборами: терапия могла бы воспользоваться ими для лечения многих желудочных заболеваний, при отравлениях и в ряде других случаев. Как известно, лечение вибрацией и ультразвуком широко применяется в настоящее время в медицине. Настала пора расширить эксперимент, вывести его из стен лаборатории на простор естественных условий. Только отсутствие средств мешало Тесле.

В эти годы финансовые затруднения его были особенно велики. Кончились 100 тысяч долларов, предоставленные в свое время Пирпонтом Морганом через Адамса. Кончились и 10 тысяч, подаренные известным горным инженером Джоном Хамондом в благодарность за идею "механического пса". Израсходован и заем, который ему предоставил его друг Грейфорд, пайщик фирмы "Галантерейные товары". Конечно, Тесла мог бы иметь огромные средства, если бы стал требовать с различных фирм, использующих его патенты, причитающееся ему вознаграждение. Но он считал это недостойным ученого.

Вся жизнь Теслы была непрерывным чередованием взлетов и падений. Он сам говорил, что жизнь его "была непрестанными переходами от агонии неудач к блаженству успехов".

Склонный приписывать это своей незадачливой судьбе, Тесла не понимал еще всей трагедии ученого с его взглядами на задачи науки, живущего в капиталистическом мире. Агонии неудач были связаны с отсутствием прочной материальной базы, а редкие-редкие дни блаженства успехов зависели от милости магнатов непомерно разросшихся монополий. Только их интересам служит развитие техники в мире. Только им!

Но Тесла понял все это лишь много лет спустя.

Глава двенадцатая

_{"Колорадские источники". Памятная гроза. Это и были стоячие волны. Резонанс и антиподы. Сожженный генератор. Возвращение в Нью-Йорк.}

На этот раз "блаженство успеха" пришло совершенно неожиданно. В апреле 1899 года, когда "агония неудач" достигла своего апогея, Тесла нашел в утренней почте письмо со штампом небольшого местечка, затерявшегося в ущельях Скалистых гор. Писал один из многочисленных поклонников Теслы — Ленард Куртис, инженер-электрик, работавший на электростанции курорта "Компания колорадских источников". Он предлагал Тесле переехать в Колорадо, где обещал обеспечить земельным участком для лаборатории и электроэнергией от станции, на которой работал. Но самым соблазнительным в письме было описание частых гроз с мощными молниями.

Предложение Куртиса заманчиво, но где взять денег для осуществления задуманного? К счастью, владелец отеля "Уолдорф-Астория", где Тесла жил уже много лет, считал его своим личным другом и, узнав о приостановке опытов из-за отсутствия средств, вручил ему 30 тысяч долларов. С радужными надеждами на успех задуманного эксперимента Тесла с небольшим штатом своих сотрудников приехал в мае 1899 года в Колорадо. Место, рекомендованное Куртисом, "Колорадские источники" (Colorado Springs) — располагалось на обширном плато на высоте 2 тысяч метров. Тесла был поражен исключительной чистотой горного воздуха, несравненной красотой неба, прекрасным видом на цепь высоких гор и, самое главное, изумительной тишиной и уединенностью местности. Сразу же закипела работа по сооружению небольшой лаборатории и оборудованию ее требуемой установкой. На входных дверях сооружаемого здания Тесла распорядился сделать надпись из Дантова "Ада": "Оставь надежду всяк, сюда входящий!"

Тесла тщательно следил за ходом монтажа и до мельчайших подробностей вникал во все. Прокладывая новые пути в науке, он должен был сам конструировать каждую деталь невиданных ранее аппаратов и приборов, от качества изготовления которых зависели успехи его исследований. К тому же, работая с напряжениями в миллионы вольт, нельзя было допустить никаких небрежностей, неточностей и ошибок. Не ожидая окончания монтажа лаборатории, Тесла начал наблюдения за грозами, действительно исключительно частыми и сильными в этой дикой местности. Многие из них, — писал Тесла о виденных им молниях, — напоминали огненные деревья со стволом, направленным вверх или вниз. Мне не удалось установить способ их образования и создать их искусственным путем".

Восторгам Теслы не было конца: он узнал о молниях много неизвестного.

Вскоре, по его словам, он "знал о молниях больше, чем знает о них сам Бог".

Его не огорчило и то, что, как бы в отместку за попытку похитить у Прометея его тайну, однажды в грозу воздушной волной от удара молнии разметало почти законченное здание лаборатории. Такое вмешательство природы, задержавшее окончание монтажа лаборатории, даже порадовало Теслу — он имел случай проверить некоторые свои предположения, и прошедшая гроза полностью их подтвердила.

Наблюдения над грозами и сопровождавшими их изменениями потенциала Земли Тесла вел с помощью специально сконструированной им установки. Это был трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлен, а второй, заканчивавшийся шаром, поднят на большую высоту. Так как емкость шара зависела от высоты его подъема над землей, вывод, на котором он был укреплен, сделали составным, позволяющим изменять высоту подъема.

Во вторичную обмотку этого трансформатора было включено высокочувствительное самонастраивающееся устройство, соединенное с записывающим прибором.

Всякое изменение потенциала Земли вызывало в витках первичной обмотки импульсы тока, создававшие во вторичной обмотке вторичные токи, отмечаемые регистрирующим прибором. Наблюдение за этими приборами показало, что потенциал Земли непрерывно колеблется. Тесла с интересом занялся изучением этих явлений, пытаясь найти их объяснение. Особенно значительны были эти колебания в период гроз и разрядов молнии. От внимания Теслы не ускользнул. Один очень странный, на первый взгляд, факт — приборы отмечали более сильные колебания потенциала Земли при отдаленных разрядах, чем при разрядах, происходивших вблизи от них.

Как объяснить эту странность? Казалось бы, далекие грозовые разряды должны были вызвать меньшие колебания электрического потенциала Земли в месте установки аппаратуры, чем более близкие. Однако и Тесла и его ассистенты наблюдали именно обратное — отдаленные разряды в определенный момент вызывали более сильные колебания потенциала.

Тесла долгое время размышлял над этим явлением. Он вспомнил, что еще при подготовке к лекции в Институте Франклина и Национальной ассоциации в Сен-Луи у него появилась мысль, которую он тогда отбросил как невероятную, о возможности использовать саму нашу планету для передачи электроэнергии на далекие расстояния. Сделать это было возможно, лишь создавая в Земле стоячие волны, вызывая их появление изменением потенциала Земли. Может быть, именно это явление и наблюдал он сейчас здесь, в "Колорадских источниках"? Инстинктивно Тесла чувствовал, что в ближайшие дни найдет объяснение странным наблюдениям, и оно подтвердит его прежние догадки. Наконец во время одной из гроз разгадка была найдена. Тесла так описал это открытие:

"Третьего июля — я никогда не забуду этой даты — я получил первое неопровержимое экспериментальное доказательство истины, имеющей огромное значение для прогресса человечества. Плотная масса сильно заряженных облаков скопилась на западе, и к вечеру разразилась страшная гроза. Растратив большую часть своей ярости в горах, она понеслась с невероятной скоростью над равнинами. Через почти регулярные интервалы времени возникали длительные грозовые разряды. Мои наблюдения теперь облегчились и стали более точными за счет приобретенного опыта. Я научился уже быстро оперировать своими приборами и приготовился к наблюдению. Регистрирующие приборы были соответствующим образом отрегулированы, и их показания становились все слабее по мере возрастания расстояния до грозы, пока совсем не исчезли. Я наблюдал, полный страстного ожидания. Как я и думал, немного погодя показания прибора появились вновь, становясь все сильнее и, пройдя через максимум, постепенно спадали и снова прекращались. То же самое повторялось много раз через регулярные интервалы времени, до тех пор пока гроза, которая, как следовало из простых подсчетов, двигалась с почти неизменной скоростью, не удалилась на расстояние примерно трех сотен километров. Однако и тогда эти странные явления не прекратились, а продолжались с неубывающей интенсивностью. Впоследствии аналогичные наблюдения были выполнены моим ассистентом Фрицем Ловенштейном, и вскоре собранные сведения позволили неопровержимо установить истинную природу этого чудесного явления. Не оставалось никаких сомнений — я наблюдал стоячие волны".

Одна из важнейших задач, разрешить которую Тесла стремился в Колорадской лаборатории, заключалась в получении ясного ответа на вопрос: является ли

Земля электрически заряженным телом или нет? Если бы ответ на этот вопрос был бы отрицательным, замысел Теслы оказался бы невыполненным.

Однако наблюдение явления стоячих волн в Земле ясно указывало и на наличие электрического заряда Земли и на возможность вызывать в ней стоячие волны искусственно.

Выяснение этого факта позволило Тесле осуществить эксперимент, имевший весьма важное значение для возможного осуществления его дальнейших планов. Можно ли создавать искусственно путем мощного разряда стоячие волны в Земле, вызывать в ней резонансные колебания и затем использовать их для различных целей?

Тесла глубоко продумал этот весьма сложный опыт. В высоком деревянном здании лаборатории с раскрывающейся, как у астрономических обсерваторий, крышей был смонтирован усиливающий трансформатор. Он состоял из двух катушек: на огромное заборообразное основание были намотаны витки необычайной по своим размерам первичной катушки. Вторичная катушка этого "усиливающего передатчика" соединялась с мачтой, возвышавшейся на 60 метров над землей и заканчивавшейся медным шаром диаметром в 1 метр. Мачта состояла из отдельных секций и могла быть удлинена или укорочена. Благодаря тому, что крыша над зданием была раздвижной, вокруг вторичной катушки и мачты на значительном расстоянии не было никаких предметов.

Все обмотки этих катушек были рассчитаны так, что при пропускании через первичную катушку тока напряжением в несколько тысяч вольт и при стандартной частоте переменного тока (60 периодов в секунду) во вторичной катушке можно было получить ток весьма высокого напряжения и высокой частоты. При разрядке этой катушки на землю напряжение достигало несколько миллионов вольт при частоте до 150 тысяч периодов в секунду.

Оборудование лаборатории состояло не только из описанного усиливающего трансформатора, но и из множества других аппаратов, главным образом индукционных катушек с различными характеристиками обмоток.

Как только электроэнергия по особой линии была подведена от электростанции курорта "Колорадские источники" к лаборатории, можно было приступить к проведению необычайно смелого эксперимента. Со слов самого Теслы и одного из ближайших его помощников Коломана Чито эксперимент этот проходил следующим образом.

— Когда я дам сигнал, включите ток, но не более чем на одну секунду,

сказал Тесла Чито, стоявшему у распределительного щита. Сам изобретатель расположился так, чтобы видеть и распределительный щит и вершину мачты.

— Начнем, — скомандовал Тесла.

Чито включил разъединитель и тотчас же выключил его. Множество молний в виде волосообразных разрядов появилось на обмотках вторичной катушки и на вершине мачты. — Великолепно! Все идет хорошо.

Еще раз, — сказал Тесла, и Чито повторил включение и выключение. Явление разрядов повторилось.

— Теперь я хочу посмотреть на разряд через вершину мачты. Я стану снаружи. Чито, включите ток и не выключайте его, пока я не подам сигнал, — с этими словами Тесла вышел из лаборатории и вскоре распорядился о включении тока.

Когда разъединитель был снова включен, раздался характерный треск разрядов, вскоре принявший зловещие размеры. Звуки становились громче и громче и напоминали артиллерийскую канонаду. Здание лаборатории озарилось голубоватым светом, все оборудование испускало огненные иглы, разнесся характерный запах озона. Непрерывные разряды создавали шум, дополнивший грохот на вершине мачты.

Чито, стоявший у щита, видел, как из его пальцев вылетали искры, становившиеся все длиннее и длиннее. Они кололи как иголки, и Чито с волнением думал, что не сможет выключить ток, когда услышит сигнал Теслы. Но сигнала не поступало, а грохот все усиливался.

Снаружи картина была еще величественнее. Из шара, укрепленного на мачте, выскакивали все более и более крупные искры, которые вскоре превратились в голубые, а затем синие нити. Но вот нити уступили место огненным стержням толщиною с руку, и, наконец, появились разряды молнии длиной на менее 135 футов (41 м), раздался гром, который слышали, как потом рассказывали очевидцы, на расстоянии до 15 миль (24,1 км).

Тесла хлопал в ладоши и радовался как дитя: весь ход опыта подтверждал его предположения. Еще немного, еще одну-две минуты, и можно начать наблюдение стоячих волн. Но внезапно все прекратилось. Настала тишина, подобная тишине, наступающей после ожесточенного артиллерийского боя.

— Чито, Чито, — закричал Тесла, — зачем вы это сделали? Скорее включите опять, я еще не подавал сигнала.

В ответ Чито молча показал на приборы: стрелки амперметров и вольтметров стояли на нуле. Тесла сразу понял, что линия выключена.

— Чито, звоните скорее на станцию. Они нарушили договор. Они не должны были выключать ток без моего распоряжения.

На электростанции "Колорадские источники" раздался телефонный звонок.

— Почему вы отключили линию? Мы не получаем электроэнергию. Немедленно включите.

— Включить? Да ведь вы сожгли генератор, — услышал Чито сердитый голос. — Вы больше никогда не получите электроэнергию.

Этого Тесла не предвидел. Он рассчитал все свое оборудование на токи, необходимые для опыта, но генератор на электростанции не был защищен от перегрузки, и обмотка его сгорела. Администрация станции отказалась подключить линию к другому генератору и сообщила, что в будущем Тесла получит электроэнергию только от сгоревшего генератора, когда он будет отремонтирован. Но это произойдет, по словам главного инженера, не ранее чем через месяц.

Тесла уговорил разрешить ему самому руководить ремонтом и действительно сумел организовать работу так, что генератор был отремонтирован за неделю. На этот раз он сам рассчитал его обмотку на режим короткого замыкания и обеспечил защиту. Через десять дней эксперименты были продолжены. В итоге работ Тесла подтвердил возможность вызвать в Земле явление электрического резонанса и получить стоячие волны. Он предполагал, что распространение возникших в ней волн происходило от "Колорадских источников" по всем направлениям, все расширяющимися окружностями, доходя до поверхности земли. Они с якобы возрастающей интенсивностью сходились затем в точке, диаметрально противоположной Колорадо, где-то около французских островов Новый Амстердам и Св. Павла, между южной оконечностью Африки и юго-западным углом Австралии.

Возвращаясь обратно в "Колорадские источники", эхо волны вновь усиливалось осциллятором (усиливающим трансформатором) и отправлялось обратно к антиподам, к противоположной точке земного шара.

Что могло дать это для практических целей? Реальна ли возможность уловить "пучности" этих стоячих волн в любой точке земного шара? Где аппаратура, с помощью которой можно было бы реализовать хотя бы мощность, затраченную на создание стоячей волны?

Тесла в дальнейшем ответил на все эти вопросы. Он хорошо представлял себе самые разнообразные возможности использования тех токов высокой частоты, которые собирался передавать стоячими волнами для освещения, нагрева, управления, передвижения электрического транспорта на земле и в воздухе, действия телеавтоматов.

Ранней осенью 1899 года он вернулся в Нью-Йорк с огромным запасом новых наблюдений, множеством фотографий, невиданных в лабораторных условиях разрядов и, как он думал, замечательным открытием возможности создания стоячих волн. Искренние друзья его, обрадованные достигнутыми результатами, просили скорее опубликовать научную статью, обосновывающую возможность осуществления передачи электроэнергии без проводов через Землю на любые расстояния. Джонсон, дружба с которым стала еще более тесной, предложил опубликовать в редактируемом им журнале "Сенчури мэгэзин" такую статью и вскоре получил ее от Теслы. Но что это была за статья? Джонсон читал ее, и в душе его закипал гнев против друга, разыгравшаяся фантазия которого унесла его далеко от реальной действительности. Философские рассуждения, картины далекого будущего и ни одного факта, ни одного солидного научного доказательства осуществимости проекта!

Джонсон трижды возвращал Тесле его статью, пока не добился от него того варианта, который и был помещен в июньском номере журнала за 1900 год под названием "Проблема увеличения запасов энергии человечества, со специальными рекомендациями по использованию энергии Солнца".

Сколько поистине пророческих мыслей высказал в ней Тесла! О роли мускульной силы человека в развитии цивилизации и о путях ее увеличения; о роли других энергетических ресурсов и о трех способах извлечения энергии Солнца; о роли железа в развитии человеческого общества и о металле будущего — алюминии; о способах увеличения добычи угля и о газовых двигателях; об использовании внутреннего тепла Земли; о возможности создания "самодействующих" автоматов и машин, обладающих "мозгом"; о принципе избирательности и возможности управления автоматами на любом расстоянии; о передаче электроэнергии без проводов в любую точку земного шара и о возможности межпланетных радиосообщений, и еще десятки мыслей, самая главная из которых беспредельный оптимизм, вера в могущество человеческого разума.

Статья произвела огромное впечатление. Снова имя Теслы не сходило со страниц печати. Опытами ученого в октябре 1899 года заинтересовался Джон Пирпонт Морган. Глава всемирно известного банкирского дома не отличался филантропией и не стал бы обращать внимания на прожектерские мечты, но опыты Теслы не могли не потрясти даже его воображение. Вскоре ученый был приглашен в дом Моргана, втайне питавшего страсть прослыть покровителем гениев.

Неизвестно, эта ли страсть Моргана или далеко идущие расчеты на огромные прибыли, которые обещало осуществление планов Теслы в случае их реальности, привели банкира к решению оказать помощь в осуществлении замысла о всемирной передаче электроэнергии, но в конце 1899 года Морган, узнав о финансовых затруднениях Теслы и его полном одиночестве, предложил изобретателю 150 тысяч долларов¹⁵. Такая незначительная сравнительно с его колоссальным капиталом затрата давала Моргану возможность использовать все знания и опыт Теслы для создания того, что в случае осуществления обещало неслыханные доходы. Пирпонт Морган принял участие в осуществлении замыслов Николы Теслы! "Будет ли он вторым Вестингаузом? Вот от чего зависит успех дела", — думал Тесла.

Но перед Вестингаузом лежали все сорок конкретных патентов Теслы на многофазные токи. Перед Морганом на журнальном столике лежал только номер "Сенчури мэгэзин" со статьей, полной радужных надежд вдохновенного мечтателя.

Глава тринадцатая

_{Герберт Уэллс о Тесле. Радиогородок и башня на Лонг-Айленде. "Мировая система". "Клочок голубого неба…"Манифест Николы Теслы.}

Ночь под новый, 1900 год была необычной. Начинался XX век — столетие, в котором человечество должно было, наконец, в полной мере воспользоваться огромными успехами науки и техники, достигнутыми в веке минувшем. Речь шла уже не о великом могуществе электричества, прочно вошедшего в промышленную практику и подготовившего грядущую техническую революцию. Речь шла о большем. XX век должен был быть веком коренных социальных изменений, несущих дальнейшее развитие науки и техники, веком радио, автоматики, новых видов энергии, колоссального роста производительных сил.

Тесла встречал этот год на вершине очередного "блаженства успеха". Деньги Моргана давали ему возможность приступить к осуществлению грандиозного замысла создания "Всемирной передачи энергии", хотя этих денег явно недоставало для его полного завершения.

На острове Лонг-Айленд, уходящем от центра Нью-Йорка далеко на север, в графстве Шафрок Тесла приобрел участок земли площадью в 200 акров. Выбор места был очень удачен — в 60 километрах от Нью-Йорка, у железнодорожной станции Шорхем, пустовали обширные владения Ч. Вардена и вокруг приобретенного участка, называвшегося Варденклиф, на многие мили не встречалось ни единого строения. Это было именно то, что нужно для создания новой лаборатории.

20 акров были расчищены под здание лаборатории, на остальном участке предполагалось создать городок с населением не менее 2 тысяч человек, приглашенных на строительство сложных сооружений. Затем по мере завершения работ городок должны были заселить тысячи сотрудников лаборатории и самой мощной в мире радиостанции.

"Варденклиф будет радиотехнической столицей мира", — думал Тесла, руководя развернувшимися работами по созданию мощной радиостанции, предназначенной не только для передачи на самых различных волнах любых сообщений, но и для многих, известных лишь в наше время применений радиотехники: телеуправления, локации и других¹⁶. Вторую станцию для передачи во все точки земного шара электроэнергии для силовых нужд и освещения он намеревался построить у Ниагарского водопада. Едва ли кто-либо другой, кроме самого изобретателя, твердо верил в осуществимость этого грандиозного проекта. Фантастичность его мечтаний поражала всех, кто был с ними знаком¹⁷.

Однажды осенним вечером 1901 года в лаборатории Теслы на Хаустон-стрит, 46 раздался веселый смех Катарин Джонсон.

— Можно видеть знаменитого американского электрика Николу Теслу? Или он занят приемом сигналов с Марса?

Тесла с недоумением смотрел на нее, не решив еще, как отнестись к словам Катарин. Он пригласил ее в кабинет и недовольно проговорил:

— Снова какая-нибудь газетная сенсация о моей работе?

— Нет, дорогой Тесла, нет. На этот раз серьезнее. Роберт получил новый роман Герберта Уэллса "Первые люди на Луне". Мы никак не ожидали встретить в нем ваше имя. Но читайте, — и она протянула гомик романа Уэллса.

"Читатель, конечно, помнит, какой интерес в начале нового столетия вызвало сообщение мистера Николы Теслы, знаменитого американского электрика, о том, что он получил послание с Марса. Его сообщение обратило внимание на давно уже известный всему ученому миру факт, что из какого-то неизвестного источника в мировом пространстве до Земли доходят электромагнитные волны", — читал Тесла.

— Вот как! Значит, мои эксперименты так необычны, что поразили даже такого фантаста, как Уэллса. Хороша честь для ученого быть упомянутым в фантастическом романе. Но как сама мечта о полете на Луну когда-нибудь осуществится, так сбудется и то, что предсказывает в этом романе Уэллс. Радиосигналы из космического пространства, хотя они исходят не от марсиан, будут изучены и источники их установлены человечеством. Более того, мы сами сможем посылать сигналы на Венеру или на Марс, даже при их наибольшем удалении, и если не сообщать жителям этих планет наши земные новости, то, во всяком случае, наблюдать за этими лучами и ожидать возврата их отражений на Землю.

Я верю в это. Спасибо, Катарин, вы принесли мне добрую весть!

Но как бы фантастичны ни были проекты Теслы, многочисленные друзья его старались сделать все возможное для осуществления грандиозного замысла. Одним из таких верных друзей Теслы был знаменитый впоследствии строитель больниц в США архитектор В. Гроу, первым предложивший свою помощь в проектировании невиданного сооружения.

Радиостанция Теслы должна была представлять деревянную каркасную башню высотой в 57 метров, на вершине которой помещался огромный приплюснутый медный шар. Техника того времени не знала случаев строительства подобных зданий из дерева. Придать устойчивость такой башне было крайне затруднительно; так как вся тяжесть сосредоточивалась в верхней части, да к тому же ветровая нагрузка на нее была бы очень велика. Но Гроу решил эту трудную задачу, не упустив из виду и внешнее архитектурное оформление грандиозного сооружения. Когда проект был закончен, встала новая трудность: никто не брался за строительство башни. С трудом, после долгих убеждений, Гроу уговорил одну из строительных фирм, располагавшую лучшими в США инженерами по каркасным сооружениям, принять на себя постройку башни, хотя бы и без гарантии за ее устойчивость.

— Вряд ли она выстоит в зимние ветры, — говорил инженер Норкрос Браз, построивший немало каркасных зданий.

— Ничего, — отвечали Тесла и Гроу, — мы уверены в наших расчетах. Еще никогда не случалось, чтобы они оказались неверными.

— Что же, если фирма сняла с себя ответственность и не понесет убытков, то будем ждать первых же зимних бурь, особенно свирепых в этих краях, — возразил Браз, но от строительства не отказался. К слову сказать, выстроенная им башня простояла не год и не два, а более десяти лет, и для разрушения ее потребовались немалые заряды динамита.

Да и тогда она не развалилась, а лишь рухнула набок и долго лежала.

Пока возводился остов башни и строилось здание лаборатории, Тесла почти ежедневно приезжал из Нью-Йорка в Шорхем. Ровно в одиннадцать часов появлялся он у постройки и с необычайной тщательностью следил за ее ходом. Когда же в 1902 году башня была закончена, Тесла переселился туда же в небольшой коттедж, где и жил в последующие годы.

Оборудование лаборатории, перенесенное с Хаустон-стрита, 46, было смонтировано в очень короткий срок, но установка новых мощных генераторов и другого электрооборудования самой станции встречало большие затруднения.

Особенно сложно оказалось изготовить стеклянные трубки с электродами, форма которых была известна только Тесле. Эти трубки предназначались для отправительной станции и, судя по записям в тетрадях Теслы, представляли собой нечто вроде прообраза современных ламповых генераторов.

Тесла спешил закончить все работы по станции, торопил рабочих и хорошо платил тем, кто соглашался работать хоть немного более нормального рабочего дня. Сам он и в эти годы (ему исполнилось сорок шесть лет) был все еще неутомим. Однажды, стремясь ускорить монтаж долгожданного прибора, он проработал с электромонтажниками 24 часа подряд, затем еще столько же, лишь ненадолго отрываясь для еды. Постепенно утомленные люди по одному укладывались спать в разных местах большого зала, но Тесла провел и третьи сутки без сна, а затем, когда аппарат был готов, сел за его испытания. Спать он ушел после 90 часов, проведенных почти без отдыха.

Чтобы разъяснить всему миру значение сооружаемой станции, Тесла издал брошюру под названием "Мировая система". В ней он дал описание всех своих замыслов, рассказал, чего можно ожидать при полном их осуществлении.

Обширен был изложенный им план — он охватывал почти все, что радиотехнике удалось достигнуть лишь в наши дни. Это была не только вполне обоснованная научная фантастика, но и ясное предвидение путей развития радиотехники.

Чего же можно было ожидать при создании и развитии "Мировой системы"? Радиосвязь, охватывающая весь земной шар, обеспечит оживленный обмен сигналами, сообщениями, телеграммами, телефонными разговорами, передачи изображений на расстояние. Радиотелефонные приемники, дешевые и портативные — не более наручных часов — позволят в любой точке земного шара слушать сообщения, передаваемые станциями "Мировой системы". Передачи радиобашни невозможно будет заглушить.

Описывая свои открытия и изобретения, на которых основано действие "Мировой системы", Тесла называл свой резонансный трансформатор, осциллятор для получения токов высокой частоты, усиливающий трансформатор для возбуждения стоячих волн в земле и другие приборы и аппараты. Тесла считал одним из важнейших своих открытий, имеющих огромную практическую ценность, обнаружение стоячих волн во время колорадских опытов. Изобретение избирательной передачи, то есть возможности одновременной передачи бесконечного множества различных сигналов без взаимных помех и воздействия их на различные приемные устройства или их части, должно было обеспечить развитие "телеавтоматики", значение которой не раз показывал Тесла в своих предыдущих статьях.

Все эти и многие другие его изобретения, описанные в брошюре о "Мировой системе", обеспечивали, по мнению Теслы, беспроводную передачу бесплатной электроэнергии в любых количествах в любую точку земного шара.

Такие грандиозные задачи Тесла ставил перед собой, имея основной целью сближение народов, создание условий для длительного и прочного мира. Но как далеко было до осуществления этой мечты! На политическом горизонте уже собирались свинцовые тучи близкой войны. И Тесла, ярый противник войн, делал все, что было в его силах, чтобы помешать разразиться этой грозе. Он выступал с призывами помочь развитию радиосвязи, считая, что многие недоразумения и споры, вызывающие войны, будут разрешены, если народы всех стран мира смогут получать правдивую информацию через его радиоцентр. Скорее бы достроить башню!..

В одной из статей, опубликованной в 1904 году Тесла писал об огромных возможностях, открывающихся перед человечеством в результате применения его изобретений. В статье, озаглавленной "Передача электроэнергии без проводов как средство установления всеобщего мира", Тесла продолжал развивать свою идею обеспечения мира путем создания управляемого на расстоянии мощного оружия, разрушительная сила которого должна образумить сторонников войн и насилий. В этой же статье он рисовал картину установления прочных связей между народами, бурного роста производительных сил, развития науки и техники.

Для этого, по мысли Теслы, необходимо скорейшее окончание строительства первой установки "Мировой системы".

Но тщетно взывал Тесла ко всему миру.

Прошло вот уже около пяти лет (вместо намеченного одного года), а строительство не может быть закончено из-за отсутствия требуемых средств.

"Увы, — писал Тесла, — по сей день моя установка "беспроволочной передачи энергии" не построена; ее сооружение за последние два года продвигается слишком медленно. Та установка, которую я сейчас строю, представляет собой всего игрушку. Генератор с максимальной мощностью всего в 10 миллионов лошадиных сил может произвести лишь легкое сотрясение планеты знаком и словом — телеграфом и телефоном. Когда же я увижу завершенной эту первую установку, этот большой генератор, который я сейчас разрабатываю, установку, от которой ринется сквозь землю ток напряжением в сто миллионов вольт? Установка, которая даст энергию порядка одной тысячи миллионов лошадиных сил, равная мощности ста Ниагарских водопадов, сотрясет вселенную такими ударами, что очнутся от сладкой дремы самые сонливые электрики, где бы они ни были — на Венере или на Марсе… Это не мечта, это — просто достижение научной электротехники, требующее только больших затрат, о слепой, малодушный, недоверчивый мир!.. Человечество еще не достигло такой ступени развития, чтобы добровольно следовать за острым чутьем изобретателя.

Но кто знает? Возможно, и к лучшему, что в этом мире всякая революционная идея или изобретение вместо помощи и поддержки встречает препятствия и помехи в самом своем зарождении, страдая из-за недостатка средств, педантизма, ограниченности и невежества, что его глушат и душат, что оно подвергается суровым испытаниям и невзгодам, вступая в борьбу с бессердечным миром коммерции. Именно таким образом мы получили свет. Именно таким образом все, что было гениально в прошлом, отвергалось, высмеивалось, подвергалось нападкам, подавлялось — только для того, чтобы, перенеся все эти испытания стать еще более могучим и торжествующим".

Какая меткая характеристика положения изобретателя, передового ученого в мире эксплуатации и наживы!

Во всем мире с вниманием прочли статью Теслы. На нее откликнулись многие газеты и журналы в Америке и Европе. В русском журнале "Электричество" в 1905 году появилась статья известного электротехника С. Майзеля под тем же названием, что и статья Теслы. В ней было весьма образно обрисовано беспросветное положение, создавшееся на земном шаре в результате русско-японской войны.

Русский инженер писал: "Надежды на длительный и прочный мир оказались ложными. Наступило горькое разочарование, невозможное совершилось, и удрученным страшной бойней людям начинает уже казаться, что вечно будут на земле войны, что от ведения их не удержат ни превосходное вооружение, ни миллионные армии, ни пропаганда мира, ни невообразимые издержки, что нет средств устранить войну из "международных сношений", что вечный мир — пустая утопия.

На этом грустном пессимистическом фоне светлым пятном является статья Николы Теслы, точно клочок голубого неба между облегающими горизонт тяжелыми серыми тучами. Быть может, мысли Теслы утопия, но это утопия гениальная; быть может, его надежды никогда не сбудутся, но они вливают в насновую веру в будущее человечества, в мощь человеческого разума, в непобедимую силу света и знания. Серые тучи могут на время снова закрыть мелькнувший голубой клочок чистого неба, но ведь в конце концов уйдут тучи, разрастется голубое пространство и откроется бесконечный простор лазурного неба. Да разве не сбывались десятки и сотни утопий, да разве после всех приобретений науки и техники можно говорить о чем-либо, как об утопии? И все-таки необыкновенно смелые мысли и надежды Теслы так завлекательны, в них местами так сквозит безумие гениальности, или гениальное безумие, что поневоле душа сжимается, боишься верить, боишься принять бред гениального безумца за научное пророчество."

Но мечты Теслы, конечно, не фантазия, не утопия, не бред безумного. Это были поиски, страстные поиски путей к тому, что он видел в дымке времени, поиски того, что осуществляется только в наши годы. Тесла видел развитие электро- и радиотехники во всем их многообразии и величии, понимал их значение в развитии науки и техники. Он перешагнул через многие промежуточные этапы и увидел результат этого развития тогда, когда другие еще не представляли даже самые ближайшие шаги. Конечно, в замыслах Теслы было много неясного для него самого. Избранный им путь передачи электроэнергии через Землю требовал серьезных теоретических обоснований. Не исключена была возможность и обнаружения им новых явлений при попытках возбуждения стоячих волн в Земле и изучении их экспериментальным путем. Для этого-то в первую очередь и была нужна его установка, Варденклифская башня "Мировая система".

Да, Тесла видел перед собой только одну задачу: скорее окончить строительство башни, скорее перейти к практическому доказательству осуществимости своих обширных замыслов! Однако сооружение станции "Мировая система" шло все медленнее и медленнее. Деньги Моргана подходили к концу, а необходимо было сделать еще много. Так настал день, когда в двери кабинета Теслы постучал судебный исполнитель. Да, несомненно, "Мировая система" прекрасная идея, но никто не обязан поставлять оборудование для нее бесплатно.

Исполнитель установил предельный срок для оплаты долгов и предупредил о серьезности положения. Тесла и без его предупреждения знал о грозящей ему катастрофе.

Вскоре медная обшивка шара, который должен был быть установлен на вершине башни, вернулась на завод, изготовивший ее. Вслед за ней вернулся на завод генератор в 300 лошадиных сил и приборы для его обслуживания. Каждый день в Варденклиф прибывали люди, чтобы забрать то или иное поставленное в кредит оборудование.

От Моргана Тесла получил письмо с уведомлением о прекращении финансирования. Нет, Морган не понял всей глубины замыслов Теслы. Это был человек совершенно иного склада, чем Вестингауз, рискнувший поверить в молодого ученого. Моргана интересовали лишь прибыли, верный доход. На письмо Моргана Тесла с горечью отвечал: "Я знал, что вы мне откажете… Как я вообще мог надеяться на море, чтобы привести к берегу чудовище Уоллстрита, имея в руках только паутинную нить. Ваше письмо я получил как раз в день святого Николы, моего защитника и величайшего из всех покровителей. Святой Никола и я договорились, что всегда будем помогать друг другу. Некоторое время все шло хорошо, но вот уже три года, как он забыл меня точно так же, как и вы. Вы говорите, что выполнили свой договор со мной. Нет, вы его не выполнили".

В другом письме Тесла писал, что отказ Моргана не может помешать ему в выполнении намеченных планов: "Чем тяжелее условия, в которых мне приходится работать, тем продуктивнее мой труд". Однако денег не было. В отчаянии Тесла открыл контору в Нью-Йорке, на Бродвее, 165, пытаясь привлечь внимание капиталистов к своему проекту, но слухи о том, что Морган перестал финансировать предприятие Теслы, привели к полному прекращению кредита: все торопились получить свои деньги с изобретателя. Уже не думая о продолжении работ, Тесла стремился хотя бы расплатиться с кредиторами.

Чтобы пропагандировать свои идеи и найти хоть какие-нибудь возможности для продолжения работ, Тесла послал в один из распространеннейших журналов

Америки документ, получивший известность под названием "Манифест Николы Теслы".

Вот что было написано в этом замечательном документе:

"Я хочу объявить, что в связи с введением в коммерческий оборот моих изобретений, я окажу профессиональную услугу в качестве консультанта электрика и инженера. Ближайшее будущее, я в этом уверен, станет свидетелем революционного переворота в производстве, превращении и передаче энергии, в области транспорта, освещения, изготовления химических компонентов, телеграфа, телефона и других областях промышленности и искусства.

По моему мнению, эти успехи должны будут последовать в силу всеобщего принятия токов высокого напряжения и высокой частоты и новых регенеративных процессов охлаждения при очень низких температурах.

Многие из старых аппаратов требуют усовершенствования, многие должны быть созданы вновь, и я думаю, что, продвигая собственные изобретения, я буду более полезен в этом развитии науки тем, что предоставлю в распоряжение других приобретенные мною знания и опыт. Особое внимание будет уделено мною решению задач, требующих экспериментальных знаний и изобретательности, работа, которая входит в сферу моих постоянных знаний и к которой у меня имеется склонность.

Я обязуюсь предпринять экспериментальные исследования и усовершенствования теорий, методов и приложений, изобретение полезных планов и, в частности, проектирование и конструирование машин для достижения желаемых результатов.

Всякая задача, поставленная и принятая мною, будет тщательно и добросовестно выполнена. Никола Тесла, Лаборатория Лонг-Айленд, Нью-Йорк.

Место жительства — Уолдорф, Нью-Йорк сити".

На обороте этого "Манифеста" Тесла привел ряд цитат из своих работ и перечень 93 наиболее важных патентов, полученных им в США, России, Германии, Англии, Японии и Китае.

Казалось бы, что предыдущие широко известные изобретения и открытия Николы Теслы, его настойчивость, остроумие в экспериментах должны были бы привлечь внимание к опубликованному "Манифесту". Но тщетно ждал он откликов на свой призыв. Тщетно ждал он, что его опыт и знания будут использованы для развития электротехники. "Манифест" не заинтересовал крупные электротехнические фирмы, в технических бюро которых работало множество талантливых ученых, изобретателей, конструкторов, вносивших подчас мелкие, но необходимые усовершенствования в различное электрооборудование, расширявшее распространение изделий этих фирм. Ум, подобный уму Теслы, был не нужен капиталистическим фирмам. Ему не удалось приложением своих знаний обеспечить получение денег для продолжения строительства в Варденклифе. Более того, у Теслы не было уже самых минимальных средств для нормального существования.

Правда, нашлись еще два приятеля Теслы: известный финансист Т. Ф. Риан и сахаропромышленник Н. О. Хавметер, которые последними передали в распоряжение изобретателя 15 тысяч долларов. Из этих денег Тесла не истратил ни одной копейки на лабораторию, пока не рассчитался с долгами.

Верный Шерф, секретарь Теслы и главный бухгалтер "Мировой системы", всячески пытался облегчить положение, в которое зашли они в результате полной неспособности ученого заниматься коммерческими вопросами. Шерф требовал от Теслы, чтобы тот занялся разработкой каких-либо изобретений для продажи патентов, но каждый раз получал отказ. Такой же отказ последовал и на предложение возбудить судебные процессы о пользовании его патентами — в случае удачи это дало бы огромные суммы.

— Если бы я получил хотя бы двадцать пять процентов авторского гонорара за свои изобретения, я был бы несказанно богат, — говорил сам Тесла, но тут же добавлял: — Но я не стану требовать этих денег — я не делец, я ученый. Что же касается разработки изобретений для денег, то повторяю — я не могу заниматься частностями, мелочами. Подождите, Шерф, вы еще увидите, какие изобретения я сделаю, и мы получим еще свои миллионы.

Когда позднее, лет через двадцать пять, Шерф напомнил Тесле этот разговор, ученый ответил: — Я был прав. Разве радиокорпорации сейчас не получают огромные прибыли, осуществив мои замыслы 1904 года? Виноваты те, кто не верил мне в то время и не хотел дать еще немного денег. Тесла всю жизнь оставался убежденным в том, что его предложение об использовании Земли в качестве среды для передачи электромагнитных волн дало бы такой же, а может быть, еще более важный дли практических целей результат, как и осуществляемая в наши дни передача их через воздух.

Глава четырнадцатая

_{"Двадцать лошадиных сил на фунт веса". Газовая турбина. Причины неудач Николы Теслы.}

Лаборатория на Варденклифе была закрыта, штат ее распущен, охрана снята. От Теслы ушел даже Шерф, поступивший на службу в компанию по добыче серы. Раз в неделю без особого за то вознаграждения приходил он к Тесле и следил за тем, чтобы дела его не запутались окончательно. Две секретарши по-прежнему служили у Теслы, однако переписка с фирмами прекратилась, и помощь их была не нужна. Теперь деньги и всякое напоминание о них еще более раздражали Теслу. Он терпеть не мог держать их в руках, уверяя, что абсолютно не нуждается в них и согласен полностью отказаться от всех своих привычек, только бы иметь возможность продолжать работы по созданию "Мировой системы". Только бы закончить строительство башни, лаборатории, доказать применимость своих открытий!

Крах надежд на окончание сооружения "Мировой системы" все же вынудил Теслу заняться разработкой одной из многих идей, пришедших ему в голову еще в далекие юношеские годы. Позднее он снова вернулся к ней и наутро сказал Шерфу:

— Я скоро создам небольшую паровую машину — это будет силовая станция, свободно умещающаяся в шляпе.

В 1906 году Тесла создал паровую турбину оригинальной конструкции. При мощности в 30 лошадиных сил она весила всего лишь 10 фунтов. 3 лошадиные силы на 1 фунт веса — этого теплотехника еще не знала! Но Тесла не остановился на достигнутом и выдвинул девиз: "20 лошадиных сил на 1 фунт веса". Он даже поместил его на своих личных бланках.

На мысль о такой машине его навело воспоминание о времени, проведенном в горах Велебита, когда он фантазировал, заготавливая идеи впрок. Мечта о создании почтовой связи Европы с Америкой через трубопровод, расположенный на дне океана с посылкой почты в шаре, движимом паром, оказалась неосуществимой из-за трения пара о стенки трубы. Это и навело Теслу на мысль использовать трение пара в создаваемой им паровой турбине.

В его устройствах было использовано не только расширение пара между лопатками, но также и сила трения пара. Тесла построил несколько моделей и опытных образцов таких турбин. Одна из них мощностью в 500 киловатт при 3600 оборотах в минуту с 15 дисками диаметром в 60 дюймов была практически испытана и показала достаточно большой коэффициент полезного действия. Однако эта турбина требовала высокого начального и конечного давления пара и была предложена как одна из ступеней многоступенчатой установки. Таким образом, можно считать, что Тесла изобрел то, что теперь носит название "предвключенной" турбины, или форшальттурбины. Использованием таких турбин повышается общий коэффициент полезного действия установки, и поэтому они применяются и в настоящее время.

Вместе с тем Тесла разработал проект турбины, работающей не за счет расширения водяного пара, а за счет сгорания в самой турбине различных газов. Таким образом, первый из возможных типов газовой турбины — этой наиболее прогрессивной конструкции энергетического оборудования, открывающей огромные перспективы применения подземной газификации угля, — был создан Николой Теслой.

Весь этот круг вопросов занимал Теслу в течение довольно длительного периода — от времени прекращения работ в Варденклифе до 1914 года, когда предвоенная обстановка потребовала перехода к работе над другими проектами. Снова к разработке конструкций энергетического оборудования Тесла смог вернуться лишь в 1925 году. Но за эти шесть-восемь лет (1906–1914 гг.) Тесла выполнил ряд серьезных работ, получил несколько патентов и обогатил теплоэнергетику многими новыми и оригинальными мыслями.

Сын одного из старейших сотрудников Теслы, Юлиус Чито, механик отеля "Уолдорф-Астория" изготовил в 1906 году первую модель паровой турбины по проекту Теслы, затем он дважды делал их вновь в 1911 и в 1925 годах. С последней моделью Тесла экспериментировал вплоть до 1929 года.

Почему же, однако, эти изобретения Теслы не нашли большого распространения? Во-первых, потому, что мысли, возникшие у Теслы еще в конце 80-х годов прошлого столетия и представлявшие для того времени открытие огромной важности, к началу XX века, когда появились и широко применялись паровые турбины Лаваля и Парсонса, уже не имели большого значения.

Второй и, пожалуй, более важной причиной было то, что конструктивный талант Теслы был значительно ниже его экспериментального мастерства. К тому же Тесла по складу своего характера не мог и не умел работать в коллективе, не привлекал к совместной работе талантливых конструкторов, чтобы общими усилиями разрабатывать конкретные, практически применимые типы оборудования, которые могли бы пойти в производство. Между тем давно прошли уже те времена, когда изобретатель-одиночка мог плодотворно разрабатывать свои идеи. Бурное развитие науки и техники XX века исключало возможность создания промышленных конструкций вне коллектива. Тесла, смотревший вперед, видевший едва намечавшиеся контуры будущего в науке, сам оставался типичным изобретателем 80-х годов прошлого века.

Однако справедливость требует указания на то, что такое одиночество отчасти может быть объяснено органическим нежеланием Теслы служить обогащению монополий, без чего нельзя было найти средства для работы в большом коллективе. Это было своеобразной формой протеста против общественного строя, обогащавшего кучку ненавистных Тесле магнатов.

Трагедия Теслы — трагедия большого ученого, не пожелавшего склонить свою голову перед "чудовищем Уолл-стрита", не пожелавшего стать слугою морганов, Рокфеллеров и дюпонов. Творить не для их обогащения, а для народа, для всего человечества, для целей мира, а не войны — таково истинное стремление Теслы.

Глава пятнадцатая

_{Убийство в Сараеве. Первая мировая война. Конец башни в Варденклифе. Тесла — лауреат премии Нобеля.}

Лето 1914 года было особенно знойным. С моря часто набегали грозовые тучи, и яростные раскаты грома возвещали об ударах молний. Но теперь Тесла уже не радовался грозам. Наоборот, каждая из них напоминала ему о неосуществленных замыслах, о Варденклифе. Нет, теперь уже вряд ли удастся найти средства для окончания постройки башни. Вряд ли… Уж очень накалена атмосфера во всем мире, особенно в Европе и более всего на Балканах.

С напряженным вниманием следил Тесла за положением дел на родине. Маленькая страна, не желавшая терять свою самостоятельность, героически боролась против многочисленных, значительно более сильных врагов. Вот если бы удалось объединить усилия всех балканских народов — сербов, хорватов, боснийцев, черногорцев — сбросить иго ненавистной монархии Габсбургов и создать одно свободное государство южных славян! Эта мысль давно уже занимала Теслу. Еще в августе 1913 года он писал близкому другу — профессору Радосавлевичу, с которым не раз обсуждал будущее своей родины, разделенной на отдельные мелкие и слабые государства:

"Читал, что Вы пишете о положении современной Сербии. Я вижу, что в Вас еще живет огонь, и хочу, чтобы этот огонь был использован как сила в борьбе за наше развитие. Что касается меня, то я надеюсь, что во главе движения встанет, наконец, настоящий серб, который все приведет в порядок и положит конец этому самоубийственному раздору".

Положение на Балканах было особенно напряженным, и они превратились в "пороховой погреб" Европы. Движение за освобождение родины все ширилось, и созданная в Боснии тайная организация "Черная рука" приобрела большую популярность в народе. Эта организация ставила своей целью поднять восстание и свергнуть Габсбургов.

В такой накаленной атмосфере австро-венгерское военное командование решило провести 28 июня 1914 года, в день сербского национального траура в память битвы на Косовом поле, военные маневры на границе с Сербией. Сами маневры должны были инсценировать нападение на эту маленькую страну. Такие действия не могли быть расценены иначе, как оскорбление Сербии в надежде спровоцировать предлог для военного нападения на нее.

"Черная рука" приняла решение ответить на этот вызов убийством эрцгерцога Франца Фердинанда — наиболее ненавистного наместника Габсбургов в покоренных Балканских землях. Выполнить это решение взял на себя один из активных членов "Черной руки" — Гаврила Принцип.

Во второй половине дня 28 июня 1914 года почти в центре города Сараева на берегу реки Миляцка у моста, носящего ныне его имя, Гаврила Принцип двумя выстрелами из револьвера убил эрцгерцога и его жену. Выстрелы эти прогремели на весь мир — убийство Франца Фердинанда было использовано Австро-Венгрией, подталкиваемой германскими милитаристскими кругами, для предъявления невыполнимого ультиматума Сербии, ставшего предлогом для начала первой мировой войны, давно уже подготавливаемой крупнейшими империалистическими держа.

Внимательно следя за развитием событий на Балканах, Тесла знал положение дел и горячо сочувствовал освободительному движению своего народа. Сделать все, что было в его силах, в помощь освобождению славянских народов на Балканах, организовать всех южных славян, живущих в Америке, — вот долг истинного патриота.

Едва разразилась война и маленькая Сербия стала центром разрушительных военных действий, Тесла обратился к профессору Радосавлевичу с предложением организовать среди сербов, живших в Америке, помощь своей родине. В конце декабря 1914 года он снова писал Радосавлевичу:

"Только что прочел Вашу прекрасную статью "Славянская душа" в "Календаре Нового Хорвата". Предмет необычайно трудный. Вы так хорошо поняли и выразили, что невозможно написать об этом лучше в столь краткой статье. … Существует надежда, что сейчас можно помочь Сербии, и нужно сделать это как можно скорее".

И Тесла не упускал ни одной возможности реально помочь Сербии в ее героическом сопротивлении австро-германской агрессии. Он принимал участие в сборе средств для помощи сербской армии; обратившись к своим друзьям из Метрополитен-оперы, организовывал концерты в пользу раненых сербских воинов; при его участии проходили митинги балканских славян.

Но желание быть полезным своей стране не заслоняло от него самого главного — необходимости бороться за прекращение войн во всем мире. Ведь именно этому должна была служить его "Мировая система". И недостроенная башня в Варденклифе была лучшим напоминанием его стремления вывести мир на прямую дорогу к счастью.

Башня в Варденклифе! Сколько надежд связано с ней! Но вот однажды из утренних газет Тесла узнал о том, что вчера по решению федерального правительства его башня, во избежание использования ее в целях шпионажа, взорвана. Взорвана!.. Долгое время Тесла не мог примириться с мыслью об этом. И лишь много дней спустя он решился побывать вновь на Лонг-Айленде.

В один из осенних вечеров 1915 года Тесла возвратился в Нью-Йорк из Варденклифа. Вид взорванной радиобашни "Мировой системы" вызвал в нем тихую грусть, бессильный гнев. Да ты все еще глух, все еще слеп, жестокий, бессмысленный мир! Ты мог шагнуть гигантским шагом в свое далекое будущее, озаренное светом "гениального провидения, но предпочел идти мелкими шажками, ощупью добираться до того же. Сотни лет украл ты у людей, простых людей труда, ты, мир сытых, упоенных собой буржуа. Миллионы жизней еще унесешь ты, чудовище, именуемое всемирной финансовой мафией.

Эти горькие мысли не давали покоя. С ними было тесно в отеле, хотелось пройтись по шумным улицам. Сам не зная, куда он идет, Тесла, выйдя с Центрального вокзала, уже несколько часов бесцельно бродил по городу.

Но вот перед ним знакомое здание Публичной библиотеки, небольшая площадь, и на ней в отблеске лучей закатного солнца голуби. Стая голубей. Задумчиво смотрел он на птиц, с которыми связано столько неумирающих воспоминаний детства. Мать, сестры, родные Смиляны — далекое близкое.

Почти белая, светло-светло-серая голубка пугливо взлетала каждый раз, когда, собирая крошки рассыпанного корма, она приближалась к высокому худому человеку на слишком близкое расстояние. Вы совсем забыли друзей и заменили их новой привязанностью. Хорошо еще, что мы забыты ради голубей, — услышал Тесла знакомый голос.

— Нет, дорогая Катарин, нет. Не упрекайте меня в этом. Что угодно, только не забвение. Вы знаете, вас я забыть не смогу никогда.

Они шли по Пятой авеню, шли молча, вспоминая прошедшие двадцать лет. Вот оно, место пожара, где впервые в огне гибли результаты многолетних трудов. Но тогда была молодость и ничто еще не было потеряно безвозвратно. У дома Джонсонов Катарин молча протянула руку этому самому дорогому ей человеку, большому ребенку, обиженному жизнью едва ли не больше других на земле. Она лучше всех знала его слабости, его недостатки, но она знала и то, что в мире не часто встречаются люди, подобные Николе.

После смерти Джуки Теслы Катарин Джонсон оставалась единственной женщиной, глубоко понимавшей великого ученого. С грустью думала она, что жизнь уже прожита, и обоих их ждет неизбежная и неотвратимая разлука, хотя трудно представить себе этого могучего великана мысли и чувств неподвижным, бездейственным. Только бы не видеть этого!

Тесла вернулся в отель "Говернер Клинтон" полный тех же грустных мыслей. Но он думал не о себе и не о Катарин Джонсон. Он думал о будущем человечества. В этот вечер он записал на листках своего блокнота следующие строки: "Придет время, когда какой-нибудь научный гений придумает машину, способную одним действием уничтожить одну или несколько армий…

Представим, что наши ученые решили загадку атома и сумели освободить его связанные силы. Представим, что тогда атом по нашей воле распадется. Что произойдет? Результат будет такой, какой сейчас мы не можем себе представить. Нетрудно рассчитать, что потенциальная энергия, которая содержится в одной монете, имеет силу, которая, если мы сумеем ее освободить, сможет передвинуть 50 нагруженных железнодорожных вагонов на расстояние в 600 миль".

Эти строки были написаны в 1915 году!

Когда через несколько дней Тесла встретился с одним из своих приятелей, издателем научной литературы Гернсбахом, и показал ему набросанные на листочке мысли, тот уговорил Теслу подарить ему эти листки, обещая при случае поместить их в одном из своих изданий. Он действительно написал на основе этих мыслей большую статью, к сожалению неопубликованную, до сих пор хранящуюся в архиве Гернсбаха.

Тесла был все еще уверен в том, что войне можно помешать созданием сверхмощного и сверхразрушительного оружия, сила которого образумит мир. Он с лихорадочной поспешностью обдумывал несколько таких изобретений: способы борьбы с подводными лодками противника и использование для этого ультразвука, возможность использования атомной энергии в мирных и военных целях и многие другие.

Но ни одно из них не было принято правительством, и тщетны были усилия Теслы добиться хотя бы ответа на свои предложения. Слишком грандиозны они были и часто казались лишь утопией, слишком явно направлены на предотвращение всех войн, а не на увеличение доходов во время одной из них. И он снова ушел в разработку своих проектов. Но, как и раньше, все выводы, подсчеты, конструкции оставались в его мозгу. Редко-редко заносил он в свои блокноты мысли, которые считал законченными.

В конце XIX века было опубликовано завещание одного из крупнейших изобретателей и промышленников, владельца многочисленных, разбросанных по всему свету нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих заводов шведа Альфреда Нобеля. Текст этого завещания гласил:

"Со всем моим допускающим реализацию имуществом надлежит поступить следующим образом:

Капитал должен быть помещен моими душеприказчиками в солидные ценности и должен составить фонд, проценты с которого ежегодно будут раздаваться в виде премий тем, кто за истекший год в наибольшей мере содействовал благу человечества. Упомянутые проценты должны быть разделены на пять равных частей: одна часть — лицу, которое сделает наиболее важное открытие или изобретение в области физики; одна часть — лицу, которое сделает наиболее важное открытие или усовершенствование по химии; одна часть — лицу, которое сделает наиболее важное открытие в области физиологии или медицины; одна часть — лицу, которое создаст наиболее выдающееся произведение идеалистического направления в литературе; и одна часть — лицу, которое больше всего или лучше всего будет содействовать братству народов, отмене или сокращению вооруженных сил и организации и созыву конгрессов мира.

Премии по физике и химии будут присуждаться Шведской Академией наук; за работы по физиологии и медицине — Королевским институтом в Стокгольме; по литературе — Стокгольмской Академией; борцам за мир — комиссией из пяти лиц, подлежащих избранию Норвежским стортингом. Мое особое желание — чтобы при награждении премиями не обращалось никакого внимания на национальность кандидата, так что премию должен получать достойнейший, независимо от того, скандинавец он или нет". Это была в то время не только самая почетная премия в мире, но и самая большая по материальному обеспечению премируемого. В зависимости от наросших процентов ее величина колебалась, но почти никогда не была ниже 50 тысяч долларов.

Первое присуждение Нобелевской премии за заслуги в развитии физики состоялось в 1901 году. Ею был награжден К. Рентген. В 1902 году премию получил Г. Лоренц, в 1903 году — Пьер и Мария Кюри совместно с А. Беккерелем. Позднее премии были присуждены М. Планку, А. Эйнштейну, Н. Бору. Присуждение Нобелевской премии за 1915 год вызвало всеобщее недоумение: она должна была быть поделена между двумя людьми, резко различными как по своим личным качествам, так и по результатам своих трудов: Тесла и Эдисон — вот два лауреата Нобелевской премии, объявленные осенью 1915 года Сообщение печати обрадовало друзей Николы Теслы. Без сомнения, Тесла действительно заслужил ее неутомимым трудом и огромными достижениями в самых различных областях физики.

Тысячи поздравлений получил Тесла в те дни, и первым пришло, конечно, поздравление Джонсонов:

"Дорогой Тесла!

Госпожа Филипов и я счастливы, что Вы получите Нобелевскую премию, и мы от всего сердца Вас поздравляем… Наша служанка Джози имеет поручение не выгонять Вас, когда Вы появитесь в дверях или как миллионер, или как нищий. Ваш преданный Роберт Андервуд Джонсон (Лука Филипов)".

Но Тесла отказался от премии, хотя в это время он уже очень нуждался в деньгах и 25 тысяч долларов были бы серьезной поддержкой в его работе. Отказ был вызван двумя причинами: он принципиально не хотел делить это признание его заслуг с Эдисоном. Тесла продолжал считать Эдисона всего лишь талантливым организатором исследовательской работы в больших масштабах, но не признавал ценности его личной научной деятельности. К тому же он не разделял взглядов Эдисона на право ученого заниматься коммерцией.

Да и вообще Тесла считал, что не этими наградами, медалями и премиями могут быть оценены его истинные заслуги. На письмо Джонсонов он не без юмора ответил:

"Мой дорогой Лука!

Как я должен благодарить Вас за поздравления! Для человека такого небольшого честолюбия, как Вы, такая награда значит действительно много. Через тысячу лет будет много тысяч людей, которые получат Нобелевские премии. Но я имею не менее четырех дюжин работ, которые носят мое имя в технической литературе. Это — испытанные и вечные награды, выпавшие на мою долю, — не маленькое количество тех, которые вводят в заблуждение, а целый мир трудов, и за любой из которых я дал бы все Нобелевские премии, которые будут вручены в течение последующих нескольких тысяч лет. У Джози никогда не будет случая выгнать меня как нищего, но вскоре я предоставлю ей возможность закрыть Ваши двери перед носом одного сверхмиллионера.

Как всегда преданный Вам Никола Тесла". Бескорыстие, полное отсутствие тщеславия и в то же время сознание истинной ценности своих трудов, отсутствие ложной скромности отличали Теслу на всем протяжении его жизни.

Глава шестнадцатая

_{Получать ли медаль Эдисона? Нарушенная церемония. Катарин Джонсон.}

Высшей научной наградой за работы в области электротехники и науки об электричестве в США считалась медаль Эдисона, присуждаемая ежегодно Американским институтом электроинженеров.

В 1916 году председателем комиссии по присуждению медали Эдисона был Беренд, крупный ученый, одним из первых не только понявший смысл открытия Теслой вращающегося магнитного поля, но и разработавший в 1896 году теорию так называемой круговой диаграммы электродвигателя переменного тока. Беренд написал один из наиболее известных в США учебников по индукционным моторам, много работал в различных фирмах в качестве консультанта, занимал видное место в Американском институте электроинженеров и был одно время его вице-президентом.

Всем этим Беренд считал себя обязанным Николе Тесле. В 1901 году после их встречи, когда Тесла заказал фирме, где Беренд был главным консультантом, изготовление генератора для "Мировой системы", оба инженера стали друзьями, и эта дружба продолжалась до самой смерти Теслы.

Беренд предложил присудить медаль Эдисона за 1916 год тому, чьи заслуги перед институтом были особенно велики. Он напомнил, что большинство работ, выполненных в стенах этого института, относятся к теории переменных токов и индукционных электродвигателей, то есть так или иначе связаны с первым открытием Николы Теслы. Предложение Беренда было принято, и медаль присудили Тесле.

Сообщить об этом лауреату было поручено Беренду, но Тесла категорически отказался принять и эту награду.

— Забудем все это, — отвечал он Беренду. — Я очень ценю вашу дружбу, но я прошу вас предложить медаль другому. Прошло уже тридцать лет со времени моего доклада в институте, и теперь я не нуждаюсь в признании моих заслуг. Жизнь наградила меня большим признанием. Пусть же институт награждает медалью того, кто не рассчитывает на другие награды.

— Я понимаю вас, Тесла, — отвечал Беренд. — Признание запоздало, но это не может быть единственной причиной вашего отказа. На правах старого друга я прошу вас разъяснить мне его причину. — Институт предполагает, что оказывает мне большую честь, предлагая медаль. Стремление украсить меня этим внешним признаком внимания только скроет ото всех ту обстановку, которая создана для моего ума — отсутствие какой бы то ни было возможности продолжать работу. Пантомима награждения Теслы медалью будет, по существу, торжеством Эдисона, который уже и ранее незаслуженно разделял славу с каждым награжденным, с каждым лауреатом этой медали. Я же не хочу увеличивать его славу тем, что буду обладать медалью его имени.

— Нет, Тесла, нет, вы не правы. Вы должны принять этот знак уважения всех ваших коллег. Мы не имеем другого способа для выражения нашей признательности вам, вызвавшему к жизни переменный ток и тем самым давшему небывалый толчок к расцвету всех сторон науки и техники.

После длительных уговоров Беренду удалось все же убедить Теслу принять награду.

Церемония вручения медали требовала ответной речи со стороны награждаемого. Но Тесла категорически отказался от этого — институт не наградил его тогда, когда он имел свою лабораторию и совершал одно за другим открытия в области электротехники.

Теперь же он не имеет ни лаборатории, ни новых изобретений. Правда, все считали, что Тесла может использовать этот случай для напоминания о своих планах, для нового блестящего триумфа, но он не захотел делать этого.

Все же торжества в честь нового лауреата состоялись, и церемония вручения медали проходила по всем принятым правилам. 18 мая 1917 года Клуб инженеров в Нью-Йорке дал в честь награжденного парадный обед, на который собрались лауреаты медали и члены института. Это было одно из самых блестящих собраний выдающихся талантов в области электротехники, и все ожидали, что Тесла произнесет одну из лучших своих речей.

Беренд заехал за Теслой в отель и застал его почти готовым отправиться на обед. — Простите, мой дорогой Беренд, я задержу вас на несколько минут. Есть еще одно неотложное дело, которое я не могу не выполнить, — и с этими словами Тесла начал рассовывать по карманам какие-то небольшие пакетики.

Вестибюль и зал Клуба инженеров был уже заполнен гостями, когда приехали Тесла и Беренд. Все стихло, как только на сцене, где должна была происходить церемония вручения медали, показались самые выдающиеся электротехники Америки в положенных по традиции костюмах — черных фраках и белых галстуках. Вот они уже встали полукругом, как того требовал ритуал, вот уже появился президент, намереваясь произнести традиционное обращение к новому лауреату, но кресло Теслы было пусто. Все поиски виновника торжества как в парадном зале, так и в прилегающих комнатах клуба, в вестибюле и коридорах оказались напрасными. Больше всех волновался Беренд: ведь только что Тесла стоял рядом с ним, и исчезновение его было необъяснимо. Все члены комитета отправились на поиски таинственно пропавшего ученого, чья высокая и весьма видная фигура не могла остаться незамеченной среди толпы.

Никто, кроме Беренда, не знал о нежелании Теслы получать медаль и об отрицательном отношении к церемонии ее вручения. В раздумье Беренд вышел из помещения клуба и по аллее парка, окружающего здание инженерных обществ, где помещался клуб, направился к примыкающему к нему зданию Публичной библиотеки.

Вскоре взору Беренда открылась картина, поразившая его своей несвоевременностью. Тесла стоял перед библиотекой, выделяясь темным силуэтом в лучах заходящего солнца. Вокруг него у самых ног с тихим воркованием прохаживались взад и вперед, ожидая корма, голуби самых различных расцветок. Наиболее смелые сидели на плечах и на голове своего старого знакомого, как всегда пришедшего в определенный час с пакетиками корма.

Беренд едва не бросился к ученому, но инстинктивно сдержал этот порыв. Тесла, увидев друга, жестом остановил его и потихоньку начал поворачиваться к нему. Почувствовав движение человека, голуби слетели с его головы и плеч. Только после этого Тесла подошел к Беренду. — Я забыл предупредить вас, что настал час кормления голубей, а для меня это куда важнее, чем награждение медалью, — объяснил Тесла свое исчезновение.

— Вы могли отказаться от награждения, но, согласившись принять медаль, не должны были нарушать установленного порядка ее вручения, — и с этими словами Беренд увлек Теслу в зал. С запозданием на двадцать минут церемония была, наконец, начата. Вручение медали Эдисона сопровождалось речью, произнесенной Чарлзом Торри. Затем выступил Беренд.

Он сравнивал открытие возможности создавать вращающееся магнитное поле и использовать его для получения переменного тока с великими открытиями Фарадея; еще более высоко оценивал он работы Теслы по созданию электродвигателей многофазного тока.

— Надлежащее признание или даже простое перечисление изобретений мистера Теслы невозможно, — говорил Беренд, — да и не требуется в настоящее время. Достаточно сказать, что если бы мы вдруг захотели собрать результаты деятельности мистера Теслы и изъять их из промышленного использования, производственное развитие замерло бы, наши трамваи, троллейбусы и электропоезда остановились бы, в городах воцарился бы мрак, жизнь предприятии замерла. Да, труды его столь необъятны, что они стали основой основ нашей промышленности. Его имя знаменует эпоху расцвета науки об электричестве. Его достижения произвели революцию в области электротехники.

Мы попросили мистера Теслу принять эту медаль. Мы сделали это не только ради оказания ему чести или во имя желания увековечить его имя, ибо до тех пор, пока только люди будут заняты в промышленном производстве, труды Теслы будут неотделимы от самой мысли об электротехнике и имя его подвергается не большему риску быть забытым, чем, скажем, имена Фарадея и Эдисона, И не только потому наш институт присуждает мистеру Тесле медаль, что последняя является свидетельством официального признания его заслуг. Его работы стоят выше этого признания. Нет, мистер Тесла, мы просим вас хранить эту медаль как символ нашей благодарности за новую созидательную мысль, за могучий, подобный революции, толчок, который вы произвели в нашей науке и технике. Вы дожили до того момента, когда можете увидеть осуществленными творения своего гения. Чего еще остается желать человеку? Мне хочется отнести к мистеру Тесле перефразированные строки Попа, посвященные Ньютону:

Природа и ее законы во мраке спрятаны давно.

Но бог сказал: "Да будет Тесла!" — и стало все освещено.

Конечно, кое-что в этой речи и преувеличено. Как бы ни были велики заслуги Теслы в создании многофазных переменных токов, нельзя умалять заслуг и других электротехников, внесших немало ценного в создание современной системы трехфазного переменного тока. Яблочков, Лачинов, Депре, Феррарис, Шалленберг, Штейнметц и, конечно, М. О. Доливо-Добровольский должны быть названы наряду с Николой Теслой в числе создателей современной электротехники. Коллективная заслуга перечисленных ученых и множества других, принимавших участие в творческой разработке самых различных вопросов, связанных с практическим использованием электричества, необычайно велика, и имя Теслы, стоящее в ряду этих людей, никогда не изгладится из памяти благодарного человечества. И не медаль Эдисона будет действительно достойной наградой этому великому труженику науки. Не сохранилось текста ответной речи Теслы. Вынужденный произнести хоть несколько слов, он начал повествование о будущем электрической науки, повествование, показавшееся всем фантастическим и несерьезным. На большинство молодых инженеров-электриков, не помнивших блестящих лекций Теслы, его изумительных открытий и предвидений, он произвел своей речью впечатление скорее мечтателя, чем серьезного ученого.

Награждение медалью ничем не изменило положение Теслы. По-прежнему бедность была самым тяжелым бичом стареющего изобретателя. Шестидесятилетие застало его почти в нищете. Война прервала связи с родными в далекой разоренной Хорватии. Давно не было писем от сестры Марицы Косанович. Только Джонсоны не забывали старого друга. Письмо Катарин 10 июля 1917 года было полно обычной материнской нежности и тихой грусти.

"Приходите, — писала она, — хотя бы на минутку. Не видела Вас сто лет, хотя я всегда на Вашем пути.

Прошлую субботу и все воскресенье я была дома, так как не знаю почему думала, что Вы придете… Я устала от ожидания ответа…"

Но Тесла все больше и больше замыкался в себе. Он по-прежнему относился к Катарин с большим уважением, предупредительностью и дружбой. Но прежде всего он думал о науке. "Вам, такому нечеловеческому созданию, — писала однажды Катарин, — никто не нужен. Как странно, что я не могу без Вас".

В начале 1920 года Джонсоны уехали в Европу — Роберт Андервуд был назначен представителем США на конференции в Сан-Ремо, а затем послом США в Риме. Почти два года пробыли они далеко от Нью-Йорка. Но письма Катарин доходили до Теслы и снова пробуждали печаль.

"Как Вы живете? — писала она из Италии. — Я хотела бы от Вас, мой вечно дорогой и вечно молчаливый друг, получить хоть какие-нибудь вести, все равно, хорошие или плохие. Но если Вы не хотите мне написать хотя бы одну строчку, подарите мне одну мысль, и ее примет и перешлет мне какой-нибудь тонко устроенный прибор. Не знаю, почему мне так грустно, у меня такое ощущение, как будто жизнь отошла от меня. Может быть, я слишком одинока и мне необходимо общество. Думаю, что была бы счастлива, если бы знала что-нибудь о Вас, о Вас, который не думает ни о чем другом, кроме своей работы, и кому не нужны никакие человеческие заботы. Это не то, что я хотела сказать, но я уж такая.

Преданная Вам К. Дж. Р. S. Вы помните золотой доллар, который Вы дали Роберту? Все лето я ношу его с собой как талисман".

Катарин уговорила мужа посетить страну, которую они уже давно считали самой лучшей после Америки. Побывать на родине голубоглазого гения, образ которого никогда не покидал Катарин во все дни их путешествия, было ее заветной мечтой. И вот они в Сербии. Из Белграда Катарин писала Тесле:

"Вот мы и в Белграде. Мы приехали из Рима с г-ном Весничем, который последнее время является там представителем Сербии… Представляю, как горели Ваши уши, так как мы разговаривали о Вас и о Риме, о Вас и об Америке, о Вас и о Сербии, о Вас и о науке, о Вас и о Вас. Боюсь, что я больше всего говорила о Вас…"

Тесла не встречался с Джонсонами многие месяцы и после их возвращения из Европы. Зачем?Жизнь уже прожита, прошлого не вернешь, если даже и не думать о том, что Катарин была женой его лучшего друга. Наука, одна наука, одна всепоглощающая страсть.

Глава семнадцатая

_{Россия — страна надежд. Калифорнийское общество Круглого стола. Появление Свизи. Время оглянуться назад. Альберт Эйнштейн — Николе Тесле.}

И он снова работал. Нельзя ли улучшить конструкцию его паровой и газовой турбин? Или спидометров, изобретенных им в 1916 году и устанавливаемых теперь на всех автомашинах? Или реактивного автомобиля, которому принадлежит будущее? Не могут ли быть полезны его предложения о вертолете, патент на который он получил недавно? Не нуждаются ли люди в его мыслях о новых видах энергии? Нельзя ли быть полезным всему человечеству знаниями, накопленными годами напряженного труда? Если не здесь, не в Штатах, может быть в той стране, симпатии к которой зародились в нем очень давно и революцию в которой он воспринял как радостное событие. Может быть, в Советской России, проводившей "эксперимент по созданию новой, более высокой цивилизации", его знания были бы особенно полезны?

В конце 1920 года редакция одного большого американского журнала направила к Тесле журналиста для беседы. Ученый подробно рассказал ему о проблемах, над решением которых он трудился в последние годы. С сожалением вспомнил о незавершенных работах по передаче электроэнергии на расстояние без проводов.

Через несколько месяцев, в апреле 1921 года, интервью с Теслой было опубликовано в "Америкэн мэгэзин", и снова многие с интересом читали о планах ученого. Номер журнала попался на глаза и секретарю "организации, носившей странное название — "Калифорнийское общество Круглого стола".

Это общество не только сочувствовало молодой Советской республике, но пыталось, как и многие другие в те годы, оказать ей практическую помощь в восстановлении разрушенного хозяйства. Многие инженеры, ученые, крупные специалисты различных отраслей промышленности выступали в печати с предложениями своего содействия Советской России. Вильям А. Водерспун секретарь Калифорнийского общества Круглого стола — прислал в Москву Ленину текст интервью Николы Теслы, а сам обратился к ученому с письмом, в котором просил его внимательно ознакомиться с прилагаемым номером выходившей в Штатах газеты "Совьет Раша" с речами Ленина и Кржижановского о плане электрификации России. Водерспун осведомлялся, не мог ли бы Тесла найти способ оказать помощь этой стране в осуществлении ее грандиозного плана.

На рабочем столе Николы Теслы появились газеты и журналы со статьями о новой России. Он внимательно изучал составленный советскими электротехниками план возрождения этой страны, которой давно уже принадлежали его симпатии. Среди имен составителей плана электрификации Тесла встретил немало знакомых ему выдающихся деятелей электротехники, русских ученых с мировой известностью.

Этот необычайно смелый план показался несбыточной фантазией Герберту Уэллсу, посетившему Россию в 1920 году. Но многие весьма далекие от фантастики специалисты-электрики в Штатах считали план вполне реальным и охотно принялись бы за его осуществление. Например, такой осторожный, трезвый и безоговорочно признанный авторитет в электротехническом мире, как Чарлз Протеус Штейнметц, старый знакомый Николы Теслы, давно уже искал возможности предложить Советскому правительству свою помощь. Все чаще и чаще говорили об этом и наиболее прогрессивные деятели американской науки и культуры, входящие в Американскую лигу помощи Советской России.

Предложение Общества Круглого стола как нельзя более соответствовало мыслям Теслы, и он ответил Водерспуну:

— Россия — страна гения, и мир еще будет изумлен тем, что там будет сделано.

Знаменитый инженер предложил свою помощь в консультации советских специалистов по вопросам применения многофазного тока для электрификации промышленности и транспорта. Он хотел также провести в России опыт с первой в мире беспроволочной передачей электроэнергии по своему способу. "Я бы также охотно мог выполнить установку для беспроволочной передачи энергии в России, если, как я полагаю, это окажется возможным в ближайшее время", — писал Тесла в Общество Круглого стола.

Однако предложения и Теслы и Штейнметца не были осуществлены. Штейнметц вскоре умер, так и не осуществив своего желания стать участником воплощения в жизнь грандиозного плана электрификации России.

Тесла продолжал работать. Он должен работать, работать и работать! Ведь за долгие годы, про веденные в неустанных трудах и размышлениях, он накопил огромный опыт, и каждая его мысль еще может пригодиться человечеству. По-прежнему он больше всего стремился всем, чем он только мог, способствовать развитию науки и техники, обеспечению мира во всем мире.

Но работать становилось все труднее и труднее. Главное препятствие бедность. Все чаще приходилось переезжать из отеля в отель, закладывать вещи, а иногда, упаковав в один из чемоданов книги и рукописи, сдавать их на хранение. Не всегда затем удавалось выкупать их, но иногда происходили чудеса: из Филадельфии приезжал Беренд и, не найдя своего друга на старом месте, принимался разыскивать его по всем отелям Нью-Йорка. Обнаружив Теслу в каком-нибудь маленьком номере второразрядной гостиницы, Беренд уговаривал его переехать в лучший номер или переменить отель, принимая на себя оплату. Затем Беренд отправлялся во все бюро по хранению вещей и обнаруживал заложенные или сданные на хранение чемоданы Теслы. Он немедленно выкупал их, и рассыльные водворяли их в номер удивленного ученого. Немало рукописей, записных книжек, тетрадей с расчетами и удивительными мыслями сохранилось из-за дружеского внимания Беренда.

Но Беренд уезжал, и Тесла вновь оставался один. Как-то, перебирая почту, Тесла нашел письмо репортера, желавшего получить у него интервью и просившего разрешения пообедать вместе. В былые годы десятки и сотни писем с подобными же просьбами приходили в адрес ученого. Но Тесла никогда не откликался на такие предложения. Быть может, в этой просьбе было что-то отличное от других, и Тесла запомнил имя репортера — Кеннет Свизи.

Через месяц он снова держал в руках небольшой листок почтовой бумаги, внизу которого стояла та же подпись. "Вы, наверное, не получили моего первого письма, и я решаюсь послать Вам второе". Что это — наивность или один из приемов опытного газетчика? На этот раз Тесла решил ответить.

И вот за столиком ресторана Тесла встретил того, кто затем на многие годы стал его близким другом. Свизи было всего девятнадцать лет, и он не имел никакой специальности, но зато в кармане своего пиджака он хранил письмо

Альберта Эйнштейна, высоко оценившего одну из его первых популярных книг по технике, — Бог мой, — воскликнул Тесла, встретив в назначенный им час Свизи, — разве вы так молоды? Я думал, вам самое меньшее сорок пять лет.

Разговор за ужином был интересен для них обоих, и вскоре они стали встречаться регулярно. Тесла начал приглашать Свизи к себе в отель, чтобы побеседовать о новостях техники. Юноша со вниманием слушал рассказы ученого. Часто вместо бесед в отеле Тесла предлагал Свизи посмотреть новый кинофильм или побродить по улицам города.

— Знаете, Свизи, — говорил Тесла своему юному другу, — с вами я становлюсь моложе, хотя и я еще не стар.

Кеннет Свизи вспоминает, как не раз среди ночи он просыпался от телефонного звонка и сквозь сон слышал голос Теслы:

— Что вы делаете, Свизи? Надеюсь, вы еще не спали? Прошу вас, подумайте о том, что мне сейчас пришло в голову.

И Тесла начинал излагать свои мысли о релятивистской теории, о принципах относительности, о работах Эйнштейна, излагал зарождавшиеся у него в то время собственные суждения о структуре атома и его оболочки. Он говорил то нервно, с паузами, хотя и не ждал никакого ответа от Свизи, то страстно, с воодушевлением. Тут же, во время беседы, если так можно назвать эти односторонние разговоры, он приводил подсчеты, сам высказывал возражения своим же гипотезам. Исчерпав возражения и найдя решение интересовавшего его вопроса, он внезапно, не ожидая ответа Свизи, прерывал беседу и вешал трубку. В своем вдохновенном труде Тесла не различал дня и ночи и, нуждаясь в поводе для устного изложения своих мыслей, не задумывался о том, что другие могут использовать ночное время для сна.

Свизи никогда не жалел о прерванном крепком юношеском сне. Жалел лишь о том, что к утру сохранялись в памяти не все подробности ночной "беседы" с тем, в ком до самой последней минуты жизни не переставал гореть огонь неустанного созидания, пламень служения науке. И все же Тесла был одинок. Дружба с юношей еще больше оттенила это одиночество. Где же те, с кем он начинал свой творческий путь? Где ученики, преемники его идей, его замыслов? Где последователи, не только понявшие, но и способные продолжать разработку того, что составляло цель его жизни?

Одиночество во всем: в науке, в жизни…

Печальная весть о смерти Катарин пришла в зимний вечер 1924 года. В полной темноте, не шелохнувшись, просидел Тесла всю ночь. Он видел Катарин светлой, радостной, оживленной. Видел ее такой, какой она была тридцать три года тому назад, в первые дни знакомства видел ее такой, какой она была в день последней встречи — тогда, на площади перед библиотекой.

Почти белая, светло-светло-серая голубка…

Еще глубже ушел в свой внутренний мир Никола Тесла. Над чем он работал в эти годы? Мы мало знаем об этом. Еще не изучены многочисленные документы личного архива ученого, воспоминания его друзей. Особенно много ценного для раскрытия неизвестных сторон творчества Теслы могут дать воспоминания Свизи, написать которые он собирается в ближайшие годы.

Семьдесят пять лет — возраст достаточный, чтобы оглянуться назад. В этот день Тесла получил немало приветствий, среди которых было письмо от Альберта Эйнштейна, который писал ему из Виллы Капут.

"Уважаемый г. Тесла!

Я с радостью узнал о том, что Вы празднуете свое 75-летие и что Вы, как плодотворный пионер в области токов высокой частоты, достигли исключительного развития этой области техники. Поздравляю Вас с великим успехом всей Вашей работы. Альберт Эйнштейн".

Но в день своего юбилея Тесла смотрел только вперед. Репортеры, посетившие его в июле 1931 года, услышали от ученого:

— В настоящее время я работаю над развитием нового источника энергии. Когда я говорю "нового источника", я имею в виду свою работу над таким источником энергии, к которому до сих пор не обращался еще ни один ученый. Я веду одинокую жизнь, полную беспрерывных мыслей и глубоких размышлений. Естественно, что у меня накопилось много идей. Вопрос состоит в том только, хватит ли у меня физических сил, чтобы завершить эти идеи и отдать их миру… Я не работаю более на настоящее. Я работаю на будущее. Будущее принадлежит мне.

Не имел ли в виду он те мысли, которые дошли до нас в виде множества исписанных листочков блокнота, — мысли о полях тяготения? Ведь должно же существовать не только электромагнитное, но и гравитационное поле. Должны существовать и материальные частицы притяжения. Он много размышлял о них и о взаимодействии полей Человечество еще обнаружит невиданные запасы энергии в действии сил и частиц притяжения.

Но, может быть, он имел в виду энергию атомного ядра¹⁸?

Известно, что Тесла внимательно следил за успехами физики и особенно за работами по изучению строения атома. Долгие годы размышлял он о возможности воздействия на атом разрядами электричества, и в 1934 году, прочитав сообщение о постройке специального аппарата для получения высокого напряжения с помощью так называемого электростатического генератора Ван де Граафа, предназначенного для исследования строения атомного ядра, Тесла занялся изучением этого вопроса. Ему ведь больше чем кому-либо другому были известны законы распределения зарядов на шарообразных поверхностях.

В результате глубокого анализа данных об установке Массачусетского технологического института Тесла опубликовал в 1934 году в журнале "Сайнтифик америкэн" статью по этому поводу. В ней он подробно рассмотрел пределы возможности получения сверхвысоких напряжений путем зарядки шарообразных емкостей статическим электричеством от трущихся ремней и высказал сомнение в том, что разряды этого электростатического генератора смогут помочь в исследованиях строения атомного ядра.

Статья произвела большое впечатление в научном мире. Но кто такой Никола Тесла? Новому поколению ученых и изобретателей это имя было мало знакомо. Многофазные переменные токи уже давно и прочно вошли в жизнь; и казалось, не было необходимости вспоминать, кто первым ввел их в промышленную практику.

Изобретение радио в США приписывалось только Маркони, а заслуги в развитии 18 светотехники — одному Эдисону. Эти люди при жизни спокойно пожинали плоды всеобщего признания, тогда как Никола Тесла жил в бедности и нужде.

Тесле пришлось отказать себе в самом необходимом, расстаться со многими привычками. Но и при этом становилось все труднее и труднее сводить концы с концами. Вот уже пришлось отказаться и от помощи своих неизменных секретарей

— Дороти Скеррит и Муриэли Арбус. Не имея возможности ничем вознаградить их за труд и, главное, за их преданность, Тесла, прощаясь с ними, вынул из стола золотую медаль Эдисона и ножом разрубил ее пополам.

Здесь золота на сто долларов, а другой ценности для меня она не представляет, — сказал он и протянул по половинке мисс Скеррит и мисс Арбус.

Однако бедность, почти нищета не изменили его отношения к деньгам. Деньги? — говорил он Свизи. — Какой в них толк? Я бы получил от них удовольствие, если бы имел целую комнату этих бумажек, чтобы выбрасывать их из окна.

Какие бы денежные затруднения ни испытывал Тесла, в его номере неизменно стоял небольшой столик, на котором лежала кучка мелкой монеты — разносчик телеграмм, прислуга отеля и все, оказывавшие ему какие-либо услуги, должны были сами брать из них столько, сколько они находили нужным. Тесла никогда не забывал следить за тем, чтобы на столике было всегда достаточно денег.

В эти дни из далекой родной Югославии пришло предложение правительства о пожизненной пенсии в 6000 долларов в год. Тесла с радостью принял его. Он считал себя в праве сделать это. Разве он не оставался всегда югославом? Даже пройдя "имматрикуляцию" (так называется получение иностранцами гражданства Соединенных Штатов), Тесла не переставал считать себя сербом, югославом. Нет, никакими "благами", предоставляемыми развитыми странами ученым не по своей вине отсталых и бедных стран, не заставить их забыть свою родину! Разве он не любил свою страну больше всего на свете? Эта пенсия была почетным признанием его заслуг, тогда как предложения о материальной помощи от рокфеллеров и морганов, банкиров и миллионеров были лишь малостью, крохами, отдаваемыми тому, чьи идеи обогатили этих бесчестных людей, не желавших и вспомнить о заслугах изобретателя и ученого. Единственную отраду находил Тесла по-прежнему в кормлении голубей. Он никогда не пропускал ни одного дня и точно в одни и те же часы появлялся у библиотеки с запасом корма. В его номере отеля на окне всегда находилась пища для птиц, и вскоре они стали залетать в открытое окно и свободно летать по комнате. Голуби послужили одной из причин, его частых переездов: администрация отелей требовала прекратить кормление птиц в номере, но Тесла предпочитал расстаться с отелем, чем подчиниться этому требованию.

С особенной настойчивостью возвращался Тесла к мысли о необходимости предотвращения опасности войны. Он хорошо понимал, что развитие цивилизации еще не дает гарантии от ужасных, разрушительных, приносящих неисчислимые бедствия войн, и никакие международные соглашения не гарантируют возникновения бойни еще более страшной, чем в 1914–1918 годах.

В 1933 году Тесла предостерегал от чрезмерных надежд на роль Лиги наций. Он писал:

"В настоящее время многие одареннейшие умы стремятся отыскать средства для предотвращения возможности повторения того ужасающего конфликта, который закончился только теоретически, продолжительность и основные последствия которого я правильно предсказал в статье, опубликованной в журнале "Сан" 20 декабря 1914 года. По мнению ряда компетентных лиц, Лига не только является средством предотвращения этого конфликта, а, наоборот, может привести как раз к обратным последствиям. Особенно заслуживает сожаления тот факт, что карательная политика была применена под покровом мирных договоров, ибо через несколько лет народы смогут воевать оружием, разрушительная сила и радиус действия которого не имеет границ. Противник сможет разрушить любой город на любом от него расстоянии, и никакая сила на земле не в состоянии будет этому воспрепятствовать. Если мы хотим предотвратить неминуемую катастрофу и изменить положение вещей, которое, возможно, превратит нашу планету в ад, мы должны безотлагательно, всеми силами и возможностями способствовать усовершенствованию летающих машин и беспроводной передачи энергии".

Глава восемнадцатая

_{Торжества на родине. Несчастный случай и его последствия. Болезнь Теслы. Вторая мировая война.}

10 июля 1936 года Николе Тесле исполнилось восемьдесят лет. Этот юбилей был торжественно отмечен на его родине, в Югославии. Еще в конце апреля в Белграде был проведен Международный научный конгресс, на котором присутствовали многие выдающиеся ученые различных стран. Десятки научных докладов, множество статей в журналах различных стран, посвященных многогранному творчеству Николы Теслы, были опубликованы в этом юбилейном году.

Сам он уже не смог посетить свою родину и лишь издали следил за торжествами в его честь. Подробности сообщали в письмах его любимая сестра Марица Косанович и ее сын Сава.

В Белграде, Загребе, Госпиче прошли научные съезды, по всей стране состоялись собрания, лекции, доклады. В школах проводились специальные уроки, посвященные рассказам о жизни и деятельности национального героя. Правительство Югославии выпустило специальную почтовую марку в честь Николы Теслы. Выдающийся скульптор Югославии, народный художник ФНРЮ Динчич изваял бюст ученого. Был создан научно-исследовательский институт, задачей которого стала разработка вопросов, связанных с применением токов высокой частоты и высоких напряжений. Сам Никола Тесла был избран почетным директором этого института. Помимо почета, это избрание избавляло его, наконец, от материальных забот: почетный директор получал оклад в 7500 долларов в год.

Но и это заслуженное признание его неустанных трудов, признание того, что не зря прожита жизнь, отданная одной науке, не могло уже вернуть ему того, что ушло безвозвратно. Жизнь шла своим чередом, и, читая письма из Белграда, он все время возвращался к мысли о голубях. Пора уже идти на площадь. Как он замешкался сегодня! Обычный час, когда голуби слетались за кормом, уже наступил, а он все еще идет и идет. Вот уже двенадцать лет, как он не опоздал ни одного раза к часу кормления голубей. Ни одного раза! А сегодня… Задумавшись, Тесла не заметил, как сошел с тротуара, и, почувствовав сильный удар и резкую боль в груди, на минуту потерял сознание.

Сбитый легковой машиной, он получил серьезное повреждение. Перелом ребер вызвал острое, а затем хроническое воспаление легких, опасное и в более молодом возрасте. Теперь он прикован к постели, не может двигаться даже по комнате. Но ничто не в силах изменить его образ жизни: никто по-прежнему не может появиться в номере без вызова или без разрешения.

От Роберта Джонсона пришло письмо.

"Ох, если бы я хоть чем-нибудь мог помочь тебе в твоей болезни! — писал старик Джонсон, сам не покидавший уже своей комнаты. — В эту ночь двенадцать лет тому назад умерла моя дорогая супруга, которая нежно любила тебя. Одними из последних ее слов были следующие: "Будь дружен с Теслой и заботься о нем". Ты знаешь, что я всегда старался делать это, и как трудно было поддерживать связь с тобой. Не надо терять ее в новом году, дорогой друг. Кроме Хобсонов и нас, у тебя осталось мало друзей, которые бы могли позаботиться о тебе. Попроси Агнесс прийти к тебе, так как я не могу… Агнесс будет очень нужна тебе. Тебе нужно только позвонить ей по телефону. Прошу тебя, сделай это в память о госпоже Джонсон.

Глубоко любящий тебя и преданный тебе Р. А. Джонсон (Лука Филипов)". Тесла не ответил на это письмо и не позвонил Агнесс.

К чему менять привычки, к чему вызывать видение далекого прошлого? Агнесс — ее дочь, дочь его друга.

Он оживлялся лишь при посещениях Савы Косановича — младшего сына любимой сестры Марицы. Посол Югославии в США, Косанович был очень похож на мать, и в беседах с ним Тесла как бы возвращался в далекое прошлое, говорил с Марицей, жил мыслями о родине, интересы которой представлял его Сава. Шли годы. В 1941 году родная страна подверглась нападению фашистов, разорявших и грабивших страну.

Апрельская катастрофа на Балканах — вторжение гитлеровских войск — глубоко поразила больного Теслу. С каждым днем приходили известия одно печальнее другого.

Сава Косанович рассказал ему о подпольной борьбе, начатой партизанами в Югославии, и Тесла сразу же обратился ко всем славянам, жившим в Америке, с призывом о помощи народно-освободительной армии. А в октябре 1941 года в ответ на обращение славянского антифашистского митинга ученых в Москве он принял участие в организации общеславянского митинга в Нью-Йорке. Тесла прислал в Академию наук СССР свой ответ на призыв советских ученых, который 19 октября 1941 года был напечатан в газете "Известия".

"Мы, югославы, с восхищением следим за героической борьбой братского нам русского народа и всех народов Советского Союза и восхищаемся высокими устремлениями ваших великих героев, которые проливают кровь не только в защиту своей родины, но также за свободу и цивилизацию всех народов. Мы твердо уверены в победе".

Несколько дней спустя, уже в нью-йоркской газете, он писал:

"Советский Союз, несомненно, сможет собрать такую несокрушимую силу, какой нет во всем мире, и эта сила — молодежь советских народов. Нигде нет такой молодежи, какой является молодежь русская".

В апреле 1942 года Тесла опубликовал свое знаменитое письмо "Моим братьям в Америке" — документ, полный гуманизма и страстной любви к родине. С чувством глубокой гордости за свой народ писал он о расстреле гитлеровцами школьников в Кралуевце:

"Сколько душевной силы, неустрашимости и героизма было в наших совсем еще юных мальчиках, когда, стоя перед немецкими ружьями, они кричали: "Мы — сербские дети, стреляйте!"! Как все мы можем гордиться, зная, что во всей истории мира нет такого величественного примера! Эти прекрасные мученики будут жить века в нашей памяти, вдохновляя нас на бессмертные дела".

Он звал всех к посильной борьбе с врагом:

"Неразделима судьба сербов, хорватов и словенов в нашей старой отчизне, хотя враг и попытался ее разъединить".

Огромное мужество и моральная сила этого великана мысли и чувства сыграли немалую роль в организации победы его братьев и сестер в стране, где каждый поднялся на борьбу с ненавистным врагом.

Вести о горячих призывах Николы Теслы, его моральной помощи в борьбе югославских партизан дошли до его родины.

В 1943 году первой гвардейской дивизии народно-освободительной армии за проявленное мужество и героизм было присвоено имя Николы Теслы. Но Тесла был не только югославским патриотом. Он думал о судьбах всех народов и хотел видеть мир основанным на принципах коммунизма.

Говоря о послевоенном устройстве мира, восьмидесятипятилетний Тесла писал: "В результате этой войны, величайшей в истории, должен родиться новый мир, который оправдает жертвы, приносимые человечеством. Этот новый мир будет миром, в котором не будет эксплуатации слабых сильными, добрых злыми, где не будет унижения неимущих перед властью богатых, где произведения ума, науки, искусства будут служить всему обществу в целом для облегчения и улучшения жизни, а не отдельным людям для приобретения богатств. Этот новый мир не будет миром униженных и порабощенных, он будет миром свободных людей и народов, равных по достоинству и уважению".

Глава девятнадцатая

_{Одиночество. Элеонора Рузвельт. Смерть великого ученого.}

На ослепительной белизне подушек желтое, почти пергаментное лицо выделялось особенно рельефно. Оно напоминало старинную камею, вырезанную из слоновой кости искусным мастером. Необыкновенно высокий открытый лоб, характерный, тонко очерченный нос, исхудалые, впалые щеки, тонкие губы, как бы застывшие в полуулыбке, и чудесные голубые глаза, усталые и грустные, с проникающим в душу взглядом. Во всех чертах лица сквозит отпечаток той настойчивой борьбы со смертью, которую восьмидесятисемилетний старик вел не ради сохранения жизни, но лишь для того, чтобы еще хоть немного успеть сделать на пользу человечеству.

Болезнь приковала Николу Теслу к постели, но не могла помешать ему продолжать размышлять о событиях. Как и раньше, для этого ему нужно лишь одиночество. И вот он лежит один. На дверях его номера на 33-м этаже отеля "Нью-йоркер", расположенного в самом шумном месте огромного города — на углу Восьмой авеню и 37-й улицы — висит лаконичная надпись: "Никогда не входить без вызова". Это требование распространялось на всех: на отельную прислугу, врача, посещения которого больной свел до минимума, журналистов, пытавшихся проникнуть в номер, чтобы узнать о состоянии здоровья того, чье имя в течение более полувека было одним из наиболее уважаемых в мире науки и техники. Даже друзьям удавалось все реже и реже добиться разрешения посетить больного.

О тяжелой болезни Теслы узнал президент Соединенных Штатов Франклин Делано Рузвельт. В первый день нового, 1943 года по поручению президента Элеонора Рузвельт написала записку видному общественному деятелю Америки, югославу по происхождению, Адамику:

"Белый Дом, Вашингтон.

Январь 1, 1943.

Дорогой м-р Адамик.

Я просила президента написать м-ру Тесле и хочу видеть его в ближайшее время, пока я в Нью-Йорке. Весьма уважающая Вас Элеонора Рузвельт".

Но не так-то легко получить разрешение Теслы на посещение его номера, даже если об этом просит жена президента. Тесла не дал ответа и просил вызвать Саву Косановича. 5 января Косанович посетил больного. Речь зашла о событиях, волновавших весь мир. Племянник уговорил ученого встретиться с Элеонорой Рузвельт. — Хорошо, Сава, — согласился Тесла. — Я буду рад повидать миссис Рузвельт. Быть может, и я еще могу что-либо сделать для ускорения победы.

Но Сава Косанович видел, как уходили силы больного. Он хотел уговорить Теслу разрешить ему остаться в отеле, но получил категорический отказ.

— Я не болен, — говорил Тесла, — я вполне могу обходиться без посторонней помощи. Я сообщу тебе, Сава, когда смогу снова повидаться с тобой.

После ухода племянника больной позвонил прислуге и еще раз напомнил о строгом запрещении входить к нему без разрешения или вызова. Напоминать об этом не было надобности — вся прислуга отеля хорошо знала это требование и соблюдала его.

Но когда по прошествии трех суток больной ни разу не дал о себе никаких вестей, в пятницу 8 января 1943 года горничная, хотя и опасаясь его неодобрения, все же вошла в номер. Никола Тесла лежал мертвым в той же позе, с полуулыбкой, как бы застывшей на лице, едва сохранившем следы последних усилий в борьбе со смертью.

Были вызваны полицейский комиссар и следователь, которым администрация отеля заявила, что давно уж болевший Тесла скончался безо всякой медицинской помощи. Было установлено, что смерть наступила от старости и хронической болезни в ночь с 7 на 8 января. Сотрудник Федерального бюро расследований вскрыл сейф и забрал все бумаги, надеясь в них найти что-либо из изобретений, имеющих военное значение. Однако вскоре все бумаги и личные вещи Теслы были сданы в Бюро хранения вещей иностранцев, а затем, согласно его личному завещанию, переданы в югославское посольство. Во вторник 12 января 1943 года тело Николы Теслы было кремировано, и урна с его прахом установлена на кладбище Фернклиф.

Один из старых знакомых Теслы, Гернсбах, снял гипсовую маску с лица умершего и сохраняет ее и поныне у себя в Издательстве научной литературы.

На похороны Теслы собрались сотни его друзей из самых различных кругов Нью-Йорка. Здесь встретились люди, никогда не знавшие, что Никола Тесла был их общим знакомым. Ученые, писатели, артисты, славяне различных национальностей и профессий провожали гроб, покрытый двумя национальными флагами: югославским и американским. Так простились с одним из великих ученых мира те, кто был в момент его смерти в Нью-Йорке. Война помешала сделать это множеству других людей, высоко ценивших необычайные заслуги ученого, до последних дней отдавшего все свои силы благородному делу науки.

Глава двадцатая

_{Белград — Музей Николы Теслы. Мысли Теслы о коммунизме. М. Планк, Н. Бор, Ли де Форест, В. Рентген и другие о значении работ Н. Теслы. "Имя Теслы нельзя забыть".}

В Белграде, на улице Пролетарских бригад, 51, в особняке помещается Национальный музей Николы Теслы. Весь первый этаж его занят под экспозицию великолепно выполненных действующих моделей приборов и аппаратов, изобретенных Николой Теслой, материалов, рассказывающих о его жизни и деятельности, различных документов, характеризующих творчество ученого.

В верхнем этаже хранятся рукописи Николы Теслы, его записные книжки, письма к нему, книги из личной библиотеки и другие материалы, тщательно изучаемые небольшим коллективом научных работников.

Сколько еще неизвестного, нового, необычайного таят в себе эти драгоценные для всего человечества листки, написанные рукой удивительного человека! Только со временем, изучив это огромное наследство, мы сможем полностью оценить замечательное творчество одного из наиболее выдающихся и оригинальных ученых современности.

Но, не ожидая результатов этого изучения, попытаемся оценить значение творчества Николы Теслы по тем материалам, с которыми мы познакомились в предыдущих главах, и, главное, понять, что же помешало ему полностью осуществить его замыслы, идеи и намерения. В чем причина его постоянной "агонии неудач", лишь изредка сменявшейся "блаженством успеха"? Были ли виной этому только внешние причины, отсутствие средств, непонимание финансовыми кругами его выдающихся замыслов и инженерных проектов, или в самом его творчестве было нечто такое, что не дало возможности претворить в жизнь смелые мечты?

Тесла был тем удивительным ученым, который не только разрешил основную проблему использования переменных токов для нужд электроэнергетики, но и сразу же понял, какое огромное значение в развитии человеческого общества будет иметь их широкое и всестороннее применение. Почти мгновенно охватил он своим умственным взором все многообразие возможных применений токов высокой частоты, которое и теперь не исчерпано. Тесла хотел сразу же перевести все стороны практической жизни на основу своих открытий. В последние годы своей жизни Тесла часто говорил, что он, по-видимому, действительно слишком рано требовал от людей понимания его проектов и, представляя себе значение их для развития науки и техники, не представлял условий, при которых они могли бы получить полное развитие. Критически оценивая результаты своей работы в области передачи электроэнергии без проводов, он говорил: — Пожалуй, я действительно зашел слишком далеко вперед. Без нее еще можно обходиться до тех пор, пока моя многофазная система удовлетворяет потребности мира. Но на тот случай, когда возникнет необходимость, система передачи электроэнергии без проводов уже готова.

Несомненно, общественный строй с его противоречиями, его растлевающим влиянием на представителей интеллектуального труда не дал возможности правильно использовать выдающийся ум Николы Теслы, направить его на решение актуальных задач своего времени. Большую часть жизни Тесла провел в своих лабораториях, заполненных сложными и почти всегда им самим сконструированными приборами. Но, несмотря на обширность областей его исследований, необычайность замыслов, у него всегда было очень мало ассистентов. Небольшой штат помощников был отобран с особой тщательностью, так как Тесла предъявлял к своим сотрудникам необычайно высокие требования. Блестящий конструктор и механик, ясно представлявший себе мысленно все детали проектируемого прибора и всю физическую картину эксперимента, он требовал и от других такой сметки и быстроты соображения, какой обладали немногие.

Давая задания, Тесла вызывал исполнителя и чертил на середине листа бумаги маленький эскиз, в любом случае не более нескольких сантиметров в каждом измерении. Все размеры он называл устно, а затем уничтожал чертеж и требовал точного выполнения задания. Обладая колоссальной памятью, он считал, что и другие наделены теми же способностями. Сообщая лишь минимальное количество исходных данных, Тесла требовал, чтобы все остальное ассистенты определяли сами.

Отчужденность Теслы от своих сотрудников была его характерной чертой. Будучи весьма общительным и оживленным собеседником, Тесла имел много друзей и почти не имел врагов. Но в то же время, располагая огромным количеством плодотворных идей, он никогда не находил нужным делиться ими со своими сотрудниками.

Тесла не оставил после себя научной школы, так как не имел учеников. Его сотрудники хотя и стали под его руководством прекрасными экспериментаторами, но не восприняли ни его идей, ни его способности к изящному и остроумному решению поставленных задач. Целиком полагаясь на свою превосходную память, Тесла не записывал многих своих весьма оригинальных мыслей, подтверждение которых можно ожидать при последующем развитии науки. Эти мысли были лишь намеками высказаны им своим друзьям — Свизи, О'Нейлу и другим, но в незаконченной и неопределенной форме. Имя Николы Теслы привлекало к себе неподкупной честностью, несгибаемой волей, благородством стремлений.

Блестящие, зажигающие лекции Теслы пробудили у многих мечту о смелых исследованиях. Известный физик Ли де Форест, изобретатель трехэлектродной радиолампы, в письме к Тесле признавался в огромном влиянии, которое тот на него оказал: "Вы больше, чем кто-либо другой, волновали мое юношеское воображение, подстегивали мое самолюбие изобретателя и вообще служили выдающимся примером блистательных достижений в области науки, в которую я хотел войти".

Но не только это воздействие на многих ученых, вдохновенный пример, но и самые научные заслуги Теслы получили всеобщее признание. Они были отмечены как при жизни его, так и после смерти. Мы знаем уже о присуждении ему таких научных наград, как Нобелевская премия и медаль Эдисона. Многие университеты присвоили ему степень доктора наук. Сохранившиеся письма к нему таких выдающихся деятелей физики и электротехники, как В. Крукс, лорд Кельвин, М. Планк, В. Рентген, Э. Резерфорд, Д. Д. Томсон, Б. Беренд, Ли де Форест и многих других, свидетельствуют о большом научном авторитете Николы Теслы.

Лорд. Кельвин писал о нем: "Тесла вложил в развитие электротехники больше, чем кто-либо другой". Вильяме Крукс, чье имя с трепетом произносил еще юношей Никола Тесла, писал ему: "Вы — настоящий пророк". Резерфорд высоко ценил заслуги Теслы и часто вспоминал о них: "Я прекрасно сознаю, что сделал Тесла в разных областях техники. В своих исследованиях я часто пользовался трансформатором Теслы как средством получения высоких напряжений".

Уже упоминавшийся нами выдающийся американский радиотехник лауреат Нобелевской премии Армстронг писал: "…Я думаю, что миру придется долго ждать появления гения, который мог бы стать соперником Николы Теслы в его свершениях и в его вдохновении".

Характерен также отзыв о значении работ Николы Теслы одного из крупнейших французских электротехников — профессора Блонделя, относящийся к 1936 году: "Несмотря на эволюцию, которой подвергались средства осуществления передачи энергии многофазными токами и токами высокой частоты, потомство никогда не забудет, что создание этих двух замечательных разновидностей практической электротехники принадлежит, без оговорок, Николе Тесле".

Председатель Международной электротехнической комиссии профессор Даншиг зачитал постановление комиссии, принятое 27 июля 1956 года на заседании в Мюнхене о присвоении единице магнитной индукции в системе МКА названия "тесла": "Международная электротехническая комиссия счастлива тем, что чувство глубокого уважения и восхищения трудами Николы Теслы, от основных трудов которого в большой степени зависит работа самой комиссии, отмечено достигнутым общим соглашением о присвоении международной единице магнитной индукции названия "тесла".

Присвоение имени Николы Теслы важной и часто употребляемой в электротехнике единице является величайшим выражением международного признания трудов Теслы, подобно тому, как в прошлом это признание нашло свое выражение по отношению к таким великанам электротехники, как Ампер, Вольта,

Фарадей, Ом, Максвелл, Ватт, Герц и другие, — сказал от имени комиссии профессор Даншиг.

Такова жизнь одного из тех великих людей, чьи имена не предаются забвению человечеством, высоко ценящим всех, кто служит своим гением светлым и радостным целям труда и созидания.

ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ

Схемы питания трансформатора Тесла

(Dimich)

_{Смотрите также «Домашняя лаборатория» № 3 за 2007 г.}

DCSGTC

Данная катушка работает от высокочастотного трансформатора на полумостовом инверторе, напряжение которого выпрямлено, чтоб силовой конденсатор мог полностью зарядится. Во избежание возгорания дуги был использован асинхронный искровой промежуток. Особое внимание надо уделить выпрямительному мосту: каждый диод должен быть зашунтирован конденсатором и резистором (см. схему). На данный момент (усовершенствование продолжается) катушка потребляет 300 Вт, при этом я имею 10 кВ постоянного напряжения, которое подается на самодельный конденсатор 83 нФ 12 кВ.

PPISSTC

Простота конструкции — вот главное преимущество этого устройства. Правда у этой схемы есть и свои пределы: напряжение удалось поднять до 100 Вольт, т. к. при попытке поднять его выше, выбросы уничтожили бы транзисторы (400 В). Все решает замена транзисторов на более высоковольтные (скоро будут установлены транзисторы напряжением 700 Вольт). Эксперименты очень быстро прекратились, но результаты есть — 15-ти сантиметровый стример.

SGTC

Одна из моих мощных схем питания искровых катушек Тесла. Особенности конструкции — удвоитель напряжения. Состоит он из 10-ти диодов 1N4007 трех конденсаторов К75-15 каждый 1 мкФ 5 кВ в параллель. ММС собрана из пяти конденсаторов 1 мкФ 2 кВ, соединенных последовательно, а также некоторых красных неизвестных конденсаторов, которые вскоре распылились по моей комнате. Питание: 5 трансформаторов СТ310 и МОТ — все жестко соединено последовательно — напряжение на выходе 3,7 КВ, на удвоителе — 8,2 КВ. Проработала эта катушка недолго — секунды 3 от силы, потом начали взрываться конденсаторы ММС. При этом я все-таки узрел разряд длиной 45 сантиметров. Он может был и больше, ибо я так и не успел развести разрядные электроды.

DRSSTC

Представляю вам обыкновенную DRSSTC (заметьте, без прерывателя), схему, которой позаимствовал с сайта http://tim.flyback.org.ru. Работает стабильно только без прерывателя, с ним же генерация прекращается. Драйвер выполнен в стиле "ГДТ", но тем не менее он прилично работал. От 110 вольт удалось получить 30 см дугу с тора, а при 260 вольтах моя DRSSTC отправилась на небеса (использовал удвоитель на электролитах).

VTTC на ГК-71

На этот раз я решил сделать схему питания на чем-то, помощнее и постабильнее 6П45С и ГУ-50. Выбор остановился на лампе ГК-71 (170 Вт). Собрано все по стандартной схеме для ЛKT. Питание пробовал трех типов: 1200 В постоянное, 1200 переменное и 2.5 кВ переменное. Выбор сразу же остановился на ~2.5 кВ. Стример при таком питании более длинный и игольчатый. Конденсаторы надо брать пленочные с запасом в 2 раза по напряжению питания. Накал следует включать вначале через балласт (5 ом) а потом уже напрямую. Это продлевает строк службы лампы; к этому относиться и питаниеанода. Стример без тороида (с ним стример намного длиннее) достигает 5-ти сантиметров в длину и 6–7 см, пробой в предмет. С тороидом достигает 7–8 см в длину и 10 см, пробой в предмет.

ISSTC

Представляю вам простенькую ISSTC на оптронах (это скорее пробно-испытательная версия на то время нового оптодрайвера). Особенностей конструкции нет. Разряд при питании 138 Вольт — 22 сантиметра. Мощность — 280 Ватт. Охлаждение естественное.

VTTC на 6П45С

Вы можете лицезреть здесь мою VTTC на лучевом пентоде 6П45С. Схема до ужаса стандартная, но, тем не менее, я ее выкладываю. Включать схему лучше через балласт, а потом его посредством кнопки/ переключателя снимать. В цепь анода хорошо бы поставить резистор Ом на 5 и параллельно ему маленький дроссель. Максимальный, полученный, когда-либо, разряд с этой катушки равен семи сантиметрам.

VTTC на ГУ-50

Еще одна моя ламповая схема питания катушки Тесла, но на этот раз на лампе ГУ-50, работа стабильная, ничего не греется. Питание — сетевой удвоитель 550 Вольт. Конденсаторы с запасом по напряжению в 2 раза. Балласта нет (при пуске тоже). Хорошая катушка для ионизации ртути в лампах серии ЛБ (в моем случае — разноцветные Osram).

Схемы питания высокочастотных трансформаторов

(Dimich)

Полумостовой инвертор

Перед вами полумостовой инвертор, управляемый драйвером IR2153. Схема отличается уникальной простотой конструкции, а также надежностью. Меньше пяти витков первичной обмотки рекомендую не мотать, т. к. ток может превысить все допустимые значения. Для других транзисторов нужно сначала намотать витков 25, а потом следить за силой тока и потихоньку отматывать. Таким образом, вы дойдете до желаемой мощности. Силовой конденсатор (тот, что 1.35 мкФ) должен быть пленочный и импульсный. Другие могут пробиться и вывести из строя всю схему (даже сам драйвер!), так что не жалейте денег для конденсатора. В моем случае вместо стандартной обмотки ЛЦ2-1 я поставил самодельную, состоящую из 840 витков 0.3 мм провода. Важное замечание: провода, идущие от конденсатора на первичную обмотку и с обмотки на "минус" схемы нужно делать толстыми! Т. к. хоть схема потребляет от сети 4 ампера, но в вышеуказанных местах провода в буквальном смысле слова начинают плавится! Пускать рекомендую через ЛАТР, ну а если такого не имеется, то через балласт, а потом его снимать. В противном случае возможен выход из строя силовых деталей устройства (у меня, например, сгорел от этого диодный мост на 35 ампер!). Моя схема питается от разделительного трансформатора на 250 Вольт при силе тока 3.8 ампера, нагрев приличный, использую принудительное воздушное охлаждение и другим советую.

Push-pull инвертор

Данное устройство идеально подходит для подключения строчных трансформаторов в нагрузку. Оно обладает высокой производительностью, надежностью и простотой изготовления. Единственное, на что следует обратить внимание — выбор транзисторов: брать надо не меньше, чем на 400 вольт. Можно, конечно, и меньше, но тогда нужно будет не поднимать напряжение питания свыше 40 вольт, т. к. транзисторы могут вылететь от выбросов самоиндукции. Для срезания этих выбросов нужно (обязательно!) использовать рекуперационную защиту. Галогенная лампа и конденсатор, включенные к концам первичной обмотки, срежут выбросы еще на 50 %. Рекуперационные трансформаторы выполнены на сердечниках от строчных трансформаторов. Уделить внимание нужно фильтрующему конденсатору — минимальное значение емкости — 3000 мкФ + 100 нФ. Параметры питания: напряжение 55 вольт, ток 15 ампер. Нагрев умеренный, но вентилятор все-таки следует применить. В нагрузке включены две вторичные обмотки Л6, соединенные последовательно.

Flyback инвертор

Пред вами классическая схема на 555-м таймере. Отличием является запараллеливание двух IRFP250, при этом 555 спокойно поднимает их затворы. Я строго не рекомендую так делать, ибо только раз мне удалось сделать так, что 555 поднял два затвора! В схеме стоит рекуперационная защита (см. раздел Push-pull), что позволяет поднять напряжение выше стандарта в 12 вольт. Я смело подаю на данную схему 50 вольт, при этом ток составляет 15 ампер. Хоть и входная мощность велика, но КПД сего устройства невелик, и поэтому на выходе было от силы ватт 300. Нагрев маленький (сопротивление канала составило 0.0005 Ома), охлаждение естественное, воздушное. На выходе или две обмотки Л6, или одна.

Блокинг-генератор на 6П45С

Из блокинг-генераторов меня порадовал больше всего этот. При питании лампы от 550 Вольт с двух вторичных обмоток Л6 я получил 11 сантиметровую дугу. Из недостатков отмечу, что схема работает крайне нестабильно: генерация резко срывается и анод у лампы отпаивается — сначала он отпаивался снаружи, но в конце концов отпайка произошла внутри. Чтоб этого избежать, всегда устанавливайте плавкий предохранитель в цепи анода. И еще: все-таки балласт этой схеме не помешает, т. к. предохранитель не всегда спасает от неожиданных глюков.

Блокинг-генератор на ГУ-50

Данная схема, в отличие от блокинг-генератора на лампе 6П45С, работает идеально и абсолютно стабильно. Глюки полностью отсутствуют. Результаты в целом удовлетворили — с вторичной обмотки была получена 2.5 см дуга — для такого устройства вполне сойдет!

Другие схемы и конструкции

(Dimich)

СВЧ установка

Было дело — купил магнетрон OM75S и решил с ним поэкспериментировать. Схема подключения очень простая^[1] и разъяснять ее, я думаю, не стоит. А вот с охлаждением надо быть серьезным: т. к. я не могу контролировать мощность (она у меня сейчас составляет 1 кВт), то нагрев магнетрона происходит очень быстро — за 5 секунд разогревается до 60 градусов, за 10 секунд — до 110! Поэтому мощный кулер тут просто необходим (который я как раз и установил), но даже он растягивает прогрев до 120 градусов только на 20 секунд. Дальнейшее усовершенствование — установка 7000 оборотного кулера с воздухопрокачкой 15 м³/мин. тогда я думаю, проблем с перегревом не будет. Основные эксперименты: нагрев воды в стаканчике (банально), свечение ЛДС-ок и прочих газоразрядных приборов, установка в ВЧ поле обычной лампы накаливания — в результате усики, поддерживающие нить накала разогреваются докрасна! Пока это все опыты с магнетроном, которые я делал.

Внимание: магнетрон — опасная вещь! Присутствие рядом с работающим магнетроном грозит серьезными последствиями, которые будут проявляться в течение всей вашей жизни!!! При работе с магнетроном принимайте необходимые меры: находится надо минимум в 6–7 метрах от устройства.^[2]

Ионизатор воздуха (люстра Чижевского)

Люстра Чижевского — это ионизатор воздуха, который наполняет его отрицательными ионами. Это все (как говорит сам Чижевский) полезно для здоровья. Раз говорят, значит, сделаю — подумал я. Вот и собрал такой себе однотактный генератор и умножитель к нему. При настройке устройства важно, чтобы не пахло озоном — это признак чересчур высокого напряжения. Добейтесь небольшой короны — этого достаточно! Умножитель следует залить термоклеем/силиконом, чтобы уменьшить коронный разряд. Включать данное устройство следует на 3 часа утром и столько же вечером (опять же — данные неофициальные — у каждого по-разному).

Инвертор для питания газоразрядных ламп серии ЛБ**

Решил сделать питание для ЛДС-ок от аккумулятора — на тот случай, если свет в квартире выключат или посветить придется где-нибудь. Устройство собрано по схеме "555 таймер + полевой транзистор". Транзистор — IRF640. Частота — 30–40 кГц — специально настроено, чтоб не пищало. Трансформатор выполнен на феррите 2000НМ 3х3 см, сечением 0.7 см. Первичка 15 витков 0.5 мм провода в ПХВ изоляции, вторичка — 8 слоев 0.25 мм проводом, виток к витку, правда, я так и не посчитал, сколько там было этих витков. При питании 12 В и лампе на 6 ватт, схема потребляет 600 мА. Лампа светит вполне ярко и в экстремальной ситуации найти в квартире, где что, вполне реально. С большими лампами сильно не экспериментировал, т. к. ИРФ работает на пределе и быстро разогревается до 60–80 градусов. Ток при этом где-то 2–5 А, греется выходной трансформатор.

Самодельная обмотка для ВЧ трансформатора

Вот наконец-то вы надумали собрать ваш первый (а может и нет) строчный трансформатор… пошли в магазин за вторичной обмоткой и там ее не оказалось (в наше время, к сожалению, вторичные обмотки строчных трансформаторов ТВС110 Л6 почти нигде не встречаются). Не отчаивайтесь! Вы можете намотать ее самостоятельно. Это очень просто делается: сначала надо выбрать феррит, на котором будет сидеть будущая обмотка, затем надо взять картон 1 мм толщиной (примерно) и сделать каркас, на который будет наматываться обмотка. Потом берется бумажные листы АЗ и нарезаются на полосы, шириной соответствующих каркасу. Далее берем консервную банку (не глубокую, но широкую) и туда наплавляется парафин, и по очереди пропускаем бумажные полосы сквозь парафин. Если же у вас есть фторопластовая лента, то проблем еще меньше. На картонный каркас следует намотать 5 слоев пропарафиненной бумаги или пару слоев фторопласта. Далее берется кембрик, наклеивается на каркас, в него вставляется провод, на провод напаивается медная жила, которой вы будете мотать катушку. Для достижения большого потенциала на выходе берется провод толщиной 0.125 мм и мотается 120–140 витков в один слой. Если намотаете 10 слоев, то получите 15–16 кВ на концах обмотки, однако риск пробоя тоже очень велик и поэтому рекомендуется обязательно на выход подключить нагрузку в виде лестницы Иакова. Не забывайте, что напряжение также зависит от преобразователя, к которому вы будете подключать свою катушку. Так вот, после намотки первого слоя поверх него наматывается 3–4 слоя пропарафинной бумаги или 1 слой фторопласта, в нем сбоку делается продольный надрез длиной 1.5 см и в него продевается проволока. Последующие шаги намотки аналогично первому слою. На последний слой наматывается 7 слоев пропарафинненой бумаги или 3 слоя фторопласта. По завершении берется большая консервная банка (чтоб катушка в нее спокойно входила, туда опять же наплавляется парафин и в него погружается катушка. Держим ее в расплавленном парафине 5 минут, извлекаем, ждем минут 40, чтоб остыла (удельная теплоемкость парафина довольна велика и он застывает достаточно долго) — все, катушка готова!!

Высоковольтный конденсатор для SGTC

Что, опять разлетелся на куски очередной К75-15? Не унывай! Сделай свой собственный конденсатор! Для этого нужно купить 100 канцелярских полиэтиленовых файлов для листов А4 (АЗ — будет лучше) и метров 20 фольги. Далее берем два файла и отрезаем у них полоску с перфорацией, засовываем в нормальный файл. В результате у нас 6-ти слойный полиэтилен. Этой толщины хватает удержать 12 кВ (был проведен тест: при 15 кВ — пробой, поэтому я установил безопасное максимальное значение в 12 кВ). Потом склеиваем файлы в ленту с помощью скотча (с нахлестом, естественно!). Делаем 2 ленты из файлов. Далее поступаем так: кладем на пол одну ПЭ ленту, а поверх (как на рисунке) фольгу, потом опять ПЭ, потом ленту фольги, только смещенную в другую сторону. Последний шаг — сворачиваем в рулон (мотать нужно на каркас какой-нибудь, не уже 7 см!). Концы фольги скручиваем в канат. При использовании 100 файлов (в ленте по 16 штук — 100/3/2~16) А4 получилась емкость равная 83 нФ — вполне хватает для SGTC (напряжение пробоя 12 КВ).

Генератор Маркса

Хотите сделать генератор Маркса, а денег на конденсаторы не хватает? Сделайте его на бутылках (лейденских банках)!! Для этого изготовьте штук 20 лейденских банок (ну это просто — берете РЕТ бутылки и обматываете их фольгой, внутрь наливается перенасыщенный раствор соли и погружается медный стержень). Далее можно пойти двумя путями — через резисторы или через механический замыкатель. Советую выбрать механику т. к. бутылки очень сильно коронируют и быстро разряжаются — то есть они никогда не зарядятся до отказа (а заряжать их смело можно до 45 кВ). Чтобы сделать механический замыкатель нужно иметь три картонки 25 см X 35 см, скотч, изоляционный материал и проводки. Сам замыкатель состоит из трех частей — контактной площадки банок, зарядного терминала, и….разрядного терминала. На рисунке ниже ясно видно и, надеюсь, понятно, как надо это все делать. Вот все готово. Ваши дальнейшие действия: взять зарядный терминал, заведомо подключенный к УН9/27 1,3 (только брать нужно с помощью изолирующего стержня), кладете аккуратно его на контакты банок (слышен треск), потом резко снимаете зарядный терминал и аналогично помещаете на контакты разрядник — вот ваш первый «Маркс» готов!

Внимание: Напряжение заряженных банок смертельно, будьте предельно осторожны!

Трансформатор Тесла

(Alex Tim)

Схема питания — SSTC. Бывают, конечно, глюки, надо доводить до ума. Вторичная обмотка: 100x450 мм 1800 витков 0,26; первичная: 200x100 мм 12 витков 4,5 мм (резонанс на 7 витке), тор 400x80 мм, резонансная частота 107 кгц (расчетная). Полный мост на 460 фетах, транзисторы обвязаны шотками и супербыстрыми диодами, драйверы раскачки 2 шт — ir4426 (фронты смазаны, следует усовершенствовать). Dead-time реализован на триггере Шмидта и RC цепочке. Обратная связь: трансформатор тока с низа вторички, триггер Шмидта (восстановление формы сигнала). Прерывание управляющих сигналов (импульсы следуют пачками) на JK-триггере плюс немного логики. Максимальная длина стриммера 60 см (при 200 в питания и 100 BPS).

НАЧИНАЮЩЕМУ ХИМИКУ

Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты

от Гроссе Э. и Вайсмантель X.

Хочу стать химиком

— Я хочу стать химиком! — так ответил гимназист Юстус Либих (он родился в 1803 г.) на вопрос директора Дармштадской гимназии о выборе будущей профессии. Это вызвало смех присутствовавших при разговоре учителей и гимназистов. Дело в том, что в начале прошлого века в Германии да и в большинстве других стран к такой профессии не относились серьезно. Химию рассматривали как прикладную часть естествознания, и хотя были разработаны теоретические представления о веществах, эксперименту чаще всего не придавали должного значения.

Но Либих, еще учась в гимназии, занимался экспериментальной химией. Страстное увлечение химическими опытами помогло ему в дальнейшей исследовательской работе. Уже в 21 год Либих становится профессором в Гиссене и организует единственную в своем роде химическую школу, которая привлекла молодых приверженцев этой науки из разных стран. Она послужила прообразом современных специальных учебных заведений. Новшество обучения заключалось, собственно, в том, что студенты много внимания уделяли опытам. Только благодаря Либиху центр тяжести курса химии был перенесен из аудитории в лабораторию.

В наше время желание стать химиком никого не рассмешит, напротив, химическая промышленность постоянно нуждается в людях, у которых обширные знания и экспериментальные навыки сочетаются с любовью к химии.

Эта книга должна помочь юным химикам глубже вникнуть в современные проблемы химии. Рассматриваемые здесь опыты заимствованы большей частью из практики. Сложные процессы химической технологии мы попытаемся воспроизвести, используя простые вспомогательные средства.

Кто хоть раз был на химическом заводе, видел там огромные аппараты, котлы высокого давления, электрические и пламенные печи, сеть трубопроводов — все это составляет облик современного химического производства. Но любой химико-технологический процесс начинается в лаборатории. Несколько пробирок, стеклянных трубок и колб — это зачастую первая функционирующая модель современной технологической установки. Конечно, современному исследователю необходимы также сложные и дорогие приборы: аналитические весы, специальные печи, термостаты, автоклавы, спектрографы, электронные микроскопы. Но когда химик-экспериментатор вступает в неизведанную область, ему нельзя полагаться только на приборы и аппараты, он должен импровизировать и, используя несложное оборудование, ставить все новые и новые опыты. Только тот, кто сможет собирать действующие установки, кто с неослабевающим упорством будет работать над каждым опытом и преодолеет подстерегающие всякого экспериментатора неудачи, станет хорошим химиком.

В описанных здесь опытах не используются опасные яды и взрывчатые вещества, но это не значит, что рекомендованные в книге препараты полностью безвредны. В химии постоянно используются такие незаменимые реактивы, как, например, некоторые кислоты и щелочи. Прежде чем приступить к опытам, необходимо тщательно изучить последнюю главу, где комментируется применение отдельных препаратов и приборов. Конечно, руководствуясь книгой, можно провести много опытов, но гораздо важнее основательно подготовиться, тщательно собрать аппаратуру и внимательно наблюдать за ходом процесса. Предварительные приготовления, эскиз аппаратуры, все наблюдения и результаты опыта — все это необходимо заносить в протокол.

Хочется заранее возразить тем родителям, которые считают, что химические опыты — это легкомысленная игра со здоровьем. Чтобы избежать опасности, необходимо соблюдать все указанные меры предосторожности и не экспериментировать с опасными веществами на свой страх и риск. Легкомыслие же недопустимо в любом случае — относится ли это к химическим опытам, поведению на улице или к спорту.

Мы надеемся, что наш читатель прежде всего основательно изучит школьный курс химии, почитает и специальную литературу (рекомендательный список приведен в конце книги). Цель этой книги — дополнить основные систематизированные представления. Эксперименты необходимы для практического закрепления и творческого развития теоретических знаний.

Предлагаемые опыты затрагивают различные области химии. Поэтому наша книга полезна не только будущим химикам, но и тем, кто станет строителями, металлургами, агрономами, текстильщиками… Роль химии в различных областях техники и сельского хозяйства все время возрастает — в этом и заключается химизация народного хозяйства. Без многочисленных химических препаратов и материалов нельзя было бы повысить мощности механизмов и транспортных средств, расширить производство предметов потребления и увеличить производительность труда. Химико-фармацевтическая промышленность выпускает разнообразные медикаменты, укрепляющие здоровье и продлевающие жизнь человека.

Сейчас в химической промышленности ГДР на таких комбинатах, как, например, Лёйна, Шведт, Шкопау, Биттерфельд, Вольфен, Губен и других, занято более трехсот тысяч человек.

Для дальнейшего развития химической промышленности очень полезна интеграция в рамках социалистического содружества (например, нефть из СССР поступает по нефтепроводу в ГДР, ПНР и ЧССР). В соответствии с комплексной программой социалистическом экономической интеграции построено уже множество гигантских химических предприятий, например огромный целлюлозный комбинат в Восточной Сибири, установка для получения полиэтилена высокого давления и др.

Для улучшения благосостояния и более полного удовлетворения потребностей трудящихся необходимы квалифицированные рабочие, инженеры и ученые. И наверняка многие из наших юных читателей примут участие в осуществлении этой программы.

1. Вода и воздух - самое дешевое сырье

ВОДА — ВЕЩЕСТВО № 1

Вода встречается на Земле почти повсеместно, 70 % земной поверхности занимает мировой океан; более 1,5 триллионов тонн воды содержатся в этом гигантском резервуаре. Под влиянием солнечного тепла часть морской воды постоянно испаряется, а образующийся водяной пар поднимается в воздух. Если воздух, содержащий водяной пар, охладится, то выделятся мельчайшие водяные капельки. Из таких капелек состоят облака, которые переносятся потоками ветра с моря на континент. При определенных условиях мелкие капельки сливаются в более крупные, и на Землю выпадает дождь, снег или град. Почва впитывает эти осадки и собирает их в грунтовые воды. Избыток воды пробивается из почвы в виде родников, из них вытекают ручьи, сливающиеся в малые и большие реки. А реки несут воду опять в море, и так завершается этот круговорот воды в природе.

Без круговорота воды Земля имела бы совсем другой вид. Современное строение гор и долин, морских побережий и местностей, удаленных от моря, — все это возникло под влиянием механического и химического воздействия воды.

Без воды не было бы жизни на Земле. Все живое нуждается в воде, которая является одновременно и важнейшей составной частью растений и животных.

Наше тело примерно на 65 % состоит из воды; у некоторых медуз ее содержание доходит даже до 99 %. Если бы вода внезапно исчезла с поверхности Земли, то она превратилась бы в мертвую пустыню.

ОПЫТЫ С ВОДОЙ

Тот, кто когда-нибудь занимался хотя бы несколько часов химией, знает, что вода — это химическое соединение. А ее химическая формула — Н₂О — всем хорошо известна. Вода состоит из двух элементов — водорода и кислорода. Но мы все же хотим поэкспериментировать! Попытаемся-ка разложить соединение «вода» на составные части и затем опять создать его.

Предупреждаем: задачу эту решить нелегко, вода — очень устойчивое соединение. Чтобы отделить атом водорода от атома кислорода, нужны очень сильные вспомогательные средства, и напротив, соединяется водород с кислородом легко и чрезвычайно бурно. В данном случае оправдывается изречение (обычно неверное): химия там, где что-то сверкает и грохочет.

Разложим воду

В пробирку из тугоплавкого стекла насыплем порошок железа (в продаже имеется металлический порошок, можно взять и очень тонкие металлические опилки) слоем в 2–3 см. Затем добавим по капле 0,5 мл воды. Железный порошок впитывает воду. На влажную смесь насыплем еще примерно трехсантиметровый слой сухого порошка железа. Пробирку закроем резиновой пробкой, через которую пропустим стеклянную изогнутую трубку с внутренним сечением 3–6 мм. Внутреннюю сторону пробки защитим от сильного нагрева куском листового асбеста, асбестовой или стеклянной ватой. Затем под углом закрепим пробирку на штативе или в держателе для пробирок, как указано на рисунке. Газоотводную трубку погрузим в воду и над ее концом укрепим перевернутую пробирку, наполненную водой. Такое приспособление для улавливания газов называется пневматическая ванна.

Для успеха опыта необходимо, чтобы порошок железа, начиная с сухого конца столбика, нагревался как можно сильнее. Для этого нужна сильная бунзеновская горелка. При не слишком малом давлении газа увеличим как можно больше подвод воздуха, так чтобы пламя разделилось на внутренний конус и «несветящуюся» внешнюю часть. Однако нельзя допускать проскока пламени (о нем свидетельствует слабый свист), так как в этом случае сгорание начинается уже внутри горелки и она сильно нагревается. Необходимо немедленно погасить горелку, закрыв доступ газа, а затем вновь ее зажечь, предварительно ограничив подвод воздуха.

Горелку установим под пробиркой таким образом, чтобы наиболее горячая внешняя кромка несветящегося пламени обтекала пробирку. Сначала будем нагревать участок, находящийся несколько выше сухого столбика железного порошка, пока пробирка заметно не накалится. Затем медленно подведем пламя под зону сухого железного порошка.

Влажный слой нагревается, вода испаряется, и водяной пар взаимодействует с горячим порошком железа. При этом железо захватывает кислород воды, а водород освобождается. Он проходит через стеклянную трубку, а в улавливающем устройстве образуются пузырьки, которые собираются в наполненной водой пробирке. Это происходит так быстро, что мы успеем наполнить и вторую пробирку. Каждую наполняющуюся пробирку прямо под водой нужно закрыть пробкой и только после этого извлечь из пневматической ванны.

Если пузырьки газа перестанут образовываться, прекратим нагревание и подожжем образовавшийся водород. Для этого перевернем пробирку отверстием вниз, откроем и внесем пламя снизу в отверстие. Газ быстро сгорит. Мы увидим голубое пламя и услышим свистящий звук, а может быть, и сильный хлопок. Если хлопнуло, значит, в пробирке не чистый водород, а смешанный с воздухом. Воздух может попасть при его вытеснении из аппаратуры в начале опыта пли при использовании некачественных пробирок. На всякий случай, чтобы не пораниться осколками при возможном взрыве, прежде чем поджигать газ, обмотаем пробирку влажным платком.

Железо легко соединяется с кислородом, поэтому оно может вытеснять водород из воды. При комнатной температуре этот процесс протекает очень медленно, напротив, при температуре красного каления — бурно. Водород при воспламенении сгорает. Он соединяется при этом с кислородом воздуха, и опять образуется вода. Если водород не смешан с самого начала с кислородом или воздухом, сгорание протекает спокойно. Смесь же водорода с воздухом или чистым кислородом взрывается. Такую смесь называют гремучим газом, а описанную выше пробу в пробирке — пробой на гремучий газ. Если мы работаем с водородом, то перед опытом необходимо с помощью этой пробы убедиться, что водород не содержит воздуха.

Исходя из нашего первого опыта, мы можем дать общий рецепт разложения химического соединения: чтобы освободишь компонент А из соединения АВ, нужно ввести в реакцию с ним вещество С, которое соединяется с В легче, чем А. Железо более склонно к образованию соединения с кислородом, чем водород, и вследствие этого вытесняет его из воды. Другие металлы также способны к этому, например цинк, алюминий, магний или натрий. Такие металлы называют активными, в то время, как неактивные металлы: медь, серебро, золото и платина — не могут разлагать воду (Все сказанное относится к определенным условиям. Действительно, при обычных температурах железо не соединяется с водой, по крайней мере так быстро, как это происходит в описанном опыте. В то же время даже жидкая вода без нагревания взаимодействует с натрием. Указанный ряд металлов может быть вполне строго составлен, если достаточно ясно определить условия. Именно таким путем строится ряд напряжения, о котором пойдет речь ниже. — Прим. ред. Металлы по их способности к соединению с кислородом можно поставить в ряд, который начинается с самого благородного металла — золота, и заканчивается наиболее реакционноспособными щелочными металлами — натрием, калием и т. д. Склонность к соединению с элементом называют в химии сродством. Золото обладает слабым, а натрий — очень сильным сродством к кислороду. Вытеснять водород из воды могут те металлы, сродство которых к кислороду больше, чем сродство к нему водорода.

Магний — активный, но под защитой

Неблагородные металлы, такие как натрий или калий, бурно реагируют с водой с образованием оснований. Магний тоже уже при комнатной температуре может разлагать воду:

2Мg + 2Н₂O —> 2Мg (ОН)₂ + Н₂

Однако образующийся гидроксид магния растворяется в воде очень плохо. Он остается на металле в виде тонкой пленки, которая задерживает дальнейшее растворение. Благодаря такому торможению реакции многие металлы не растворяются в воде. Однако, если несколько минут кипятить в колбе немного магниевого порошка с 5 мл воды и несколькими каплями спиртового раствора фенолфталеина, то жидкость окрасится в красный цвет. Достаточно совсем незначительного количества гидроксида магния (менее 0,1 мг/л), чтобы индикатор показал основную реакцию. Этот маленький опыт дает представление о высокой чувствительности многих химических реакций.

Теперь нужно обнаружить водород, который получился в результате разложения воды магнием. Так как в чистой воде разложение практически прекращается из-за образования защитной пленки, следует позаботиться о том, чтобы слои гидроксида непрерывно разрушался. Для этого используем добавки. Мы достигнем желаемого эффекта с помощью очень небольших количеств кислоты или солей, таких как хлорид железа (III) или хлорид магния. Поместим в широкие пробирки несколько кусочков магния или немного магниевого порошка, или по кусочку магниевой полоски. Одну из этих пробирок заполним водопроводной водой, другую — водой, в которую уже добавлены очень незначительные количества кислоты или уксуса, третью— разбавленным раствором хлорида железа (III) пли поваренной соли. В подкисленной воде и в растворах солей образуются пузырьки газа, а магний энергично растворяется. Если наполнить узкую пробирку водой и, перевернув, погрузить ее в широкую пробирку, то можно собрать выделяющийся газ. Из подкисленной воды мы получим его так много, что сумеем провести пробу на гремучий газ.

Образование поверхностной инертной пленки называют пассивированием. Если бы не это явление, хром, алюминий и многие другие металлы были бы в очень короткий срок разрушены кислородом воздуха или водяным паром.

Электролитическое разложение воды

Для разложения воды электрическим током чаще всего используют аппарат Гофмана. Кто не располагает таким аппаратом, может сам легко построить подобное приспособление. Возьмем кусок очень широкой стеклянной трубки (например, химический стакан или широкогорлую склянку без дна. Как удалить дно, описано в главе 8, а острые края надо оплавить на пламени бунзеновской горелки). Отверстие трубки или горло склянки закроем очень плотно подогнанной резиновой пробкой. В пробке на не слишком близком расстоянии друг от друга просверлим два отверстия, в которые в качестве электродов вставим два угольных стержня. Такие стержни можно купить или взять из батарейки для электрического карманного фонаря. Перед применением очистим угольные стержни длительным кипячением в воде. К нижним концам угольных стержней присоединим токоподводы из изолированной медной проволоки. Лучше всего достать у электрика подходящие клеммы и к ним припаять зачищенные концы проводов. В крайнем случае обмотаем стержень проволокой. Изоляционный лак с проволоки необходимо тщательно счистить, а число витков должно быть достаточно большим. Провода подсоединим к батарейке для карманного фонарика или, лучше, к свинцовому аккумулятору. Если найдется переменное сопротивление в несколько ом, включим его в цепь. Тогда скорость электролиза будет хорошо регулироваться.

Наполним изготовленный электролизный сосуд примерно на две трети водой, в которую добавим немного разбавленной серной кислоты. Чистая вода проводят электрический ток очень плохо. Уже незначительное количество кислоты сильно повышает проводимость. Лучше всего, чтобы концентрация серной кислоты составляла 2–4 %. Осторожно — даже разбавленная серная кислота разъедает кожу. Запомните навсегда: при разведении кислоты ее следует очень медленно вливать в воду; ни в коем случае нельзя поступать наоборот — вливать воду в кислоту.

Ячейка готова. Теперь замкнем электрическую цепь. На обоих электродах выделяется газ: на положительном полюсе (аноде) слабее, на отрицательном (катоде) — сильнее. Соберем газы для их изучения. Для этого поместим перевернутые наполненные водой пробирки над электродами — только, чтобы они не стояли на резиновой пробке, а то электрическая цепь прервется.

В обеих пробирках соберется газ. В идеальном случае нужно ожидать, что на аноде образуется ровно вдвое меньше газа, чем на катоде. Ведь на аноде выделяется кислород, а на катоде — водород. Так как формула воды Н₂O, то на один атом кислорода приходится два атома водорода, и при разложении воды должно образовываться в два раза больше атомов водорода, чем кислорода. С другой стороны, мы знаем из школьного курса, что в равных объемах газов всегда содержится ровное число молекул (закон Авогадро), а как молекула водорода, так и молекула кислорода содержат два атома элемента.

Несмотря на правильность этой теории, мы будем несколько разочарованы, когда сравним полученные объемы газов. Кислорода будет мало, так как часть его соединится с углеродом электрода. Для точных исследований необходимо применять электроды из благородного металла (лучше всего платины).

Поэкспериментируем с газами

Если при электролизе использовать достаточно мощный источник тока (например, аккумулятор), то можно получить значительные количества обоих газов и провести с ними простые опыты.

В наполненной водородом пробирке осуществим пробу на гремучий газ. Вообще, она дает отрицательный результат, и полученный чистый водород сгорает спокойно. Правда, можно получить и положительную реакцию — если водород смешивается с растворенным в воде пневматической ванны кислородом. Это может произойти при неосторожном насаживании пробирок или, чаще всего, при близком расположении электродов. Кислород легко обнаружить с помощью тлеющей лучины. Зажжем деревянную лучинку, оставим ее некоторое время гореть на воздухе, затем потушим пламя, быстро дунув на него. Тлеющий, обугленный конец лучины введем в пробирку с кислородом. Мы увидим, как тлеющая лучина воспламенится. Будем продолжать исследования до тех пор, пока в пробирках есть газ.

С помощью нашего электролизного устройства мы можем также получить чистый гремучий газ и взорвать его. Для этого толстостенный стакан, наполненный водой, поместим одновременно над обоими электродами. Во время электролиза в нем соберется смесь кислорода и водорода. Как только стакан начнет наполняться, осторожно приблизим его, отверстием вниз, к пламени бунзеновской горелки. Последует сильный хлопок и стенки сосуда увлажнятся. Из отдельных элементов в результате реакции соединения мы получили воду.

Только проводить этот опыт нужно непременно в защитных очках! Во избежание несчастного случая перед опытом нужно проинструктироваться у знающего специалиста. Кроме того, получать газовую смесь можно только в небольшом количестве, используя в самом крайнем случае стакан вместимостью не более 250 мл. Стакан обмотаем влажной плотной тканью (лучше полотенцем), чтобы не пораниться, если его разорвет. И еще: прежде чем поджигать смесь, в целях предосторожности откроем рот, чтобы защитить барабанные перепонки. Учтите также, что электролитическое получение водорода зачастую сопровождается взрывами. Это гремучий газ самовоспламеняется под действием электрической искры или каталитически действующих примесей. По этой причине можно получать только небольшие количества газа и во время опыта держаться на достаточном расстоянии.

ВОДА В КРИСТАЛЛАХ

Химикаты считаются особо чистыми, если они представляют собой однородные, достаточно крупные и хорошо сформированные кристаллы. Загрязненные вещества не образуют кристаллов вообще или они получаются мелкие и неправильной формы. Конечно, это не означает, что каждое некристаллическое вещество загрязнено. А как раз самые большие и прекрасные кристаллы часто содержат кристаллизационную воду, которая связана в кристалле и может быть удалена только с большом трудом; при этом кристаллы разрушаются. Кристаллизационную воду химики не относят к загрязнениям химического соединения. Во всех опытах, однако, если мы хотим получить количественно правильные результаты, нужно учитывать наличие кристаллизационной воды в твердых веществах. Например, голубые кристаллы медного купороса [сульфата меди (II)] содержат до 30 % воды, а так называемая кальцинированная сода (карбонат натрия) — даже 60 %.

Следовательно: в 100 г кристаллического сульфата меди содержится только 64 г безводной соли, а покупая 1 кг кальцинированной соды, мы приобретаем воды в два раза больше, чем соды.

Обнаруживаем кристаллизационную воду

Внесем в термостойкую хорошо высушенную пробирку какую-нибудь соль (на кончике ножа) и нагреем ее сначала слабо, а затем сильнее на пламени бунзеновской горелки. Возьмем, например, сульфат меди, карбонат натрия, хлорид магния, хлорид натрия (поваренную соль) и другие соли. В большинстве случаев кристаллы растрескаются, а в верхней холодной части пробирки появятся капельки воды. Из указанных солей только чистая поваренная соль не содержит кристаллизационной воды. После нагревания сульфата меди остается белый осадок безводной соли, голубая окраска полностью исчезает с уходом кристаллизационной воды. Соли кобальта, присоединяя кристаллизационную воду, меняют цвет с голубого на красный.

Можем проделать это с несколькими кристалликами хлорида кобальта (II) — вначале нагреть соль в пробирке, а затем поместить ее во влажный воздух.

Адсорбированная вода

В молекуле воды связи, идущие от центра атома кислорода к обоим атомам водорода, образуют угол около 104°.

Как известно, атомы в соединениях склонны к образованию заполненных электронных оболочек. В нашем случае (с водой) это означает, что оба электрона связи водорода притянуты к кислороду, который более электроотрицателен. Но речь здесь идет не о полной ионизации, а о смещении центра тяжести заряда, когда образуется соединение частично ионного характера. В результате молекулы воды приобретают свойства электрического диполя с отрицательным концом на атоме кислорода, а положительным — на атомах водорода. Эта особенность имеет огромное практическое значение, так как многие по сравнению с другими жидкостями необычные свойства воды обусловлены природой диполя. Так, молекулы воды легко образуют тетраэдрическую структуру. Это упорядочение, которое усиливается ниже 4 °C, объясняет, почему вода обладает минимальной плотностью при 4 °C, а пористость молекулярной структуры льда примерно на 10 % больше, чем у жидкой воды. Большое внешнее давление не препятствует увеличению объема при замерзании — в этом с досадой убеждаются шоферы, поглядев на размороженный мотор или радиатор. Воспроизведем этот процесс: пузырек из-под лекарства до краев наполним водой, плотно закроем завинчивающейся крышкой и поставим на мороз или в морозильник.

Соединение молекул воды можно представить себе как притяжение разноименно заряженных концов диполей. Атомы водорода соединены с двумя намного большими атомами кислорода специфической связью ионного характера, которую называют мостиковой водородной связью. Вследствие своего дипольного характера молекулы воды в особенной степени обладают способностью к адсорбции (присоединению) на поверхностях раздела. Большинство твердых веществ во влажном воздухе покрыто только мономолекулярным адсорбционным слоем воды. На стеклах благодаря присоединению молекул воды силикатами щелочных металлов образуются поверхностные пленки, в которых вода довольно прочно связана. Давайте убедимся в этом. В круглодонную колбу положим несколько кристалликов обезвоженного хлорида кобальта (II) и закроем колбу куском ваты. При нагревании на проволочной сетке в пламени бунзеновской горелки до температуры свыше 150 °C выделится значительное количество адсорбированной воды, которая при охлаждении частично поглотится хлоридом кобальта (II) и изменит его цвет с голубого на красный. Эффектпроявится еще более отчетливо, если мы поместим в колбу немного толченого стекла или стеклянной ваты. При дальнейшем нагревании до температуры свыше 300 °C из стекла вновь выделяется вода, поэтому стеклянные части высоковакуумной аппаратуры отжигают до температуры размягчения.

ВОЗДУХ — НЕИСЧЕРПАЕМОЕ СЫРЬЕ

Сегодня мы очень хорошо знаем земную атмосферу, толщина которой составляет более 1000 км. Воздушные шары с людьми и без них, самолеты и ракеты поднялись на большую высоту воздушного пространства и определили количественное содержание бактерий, давление, плотность и состав воздуха. А искусственные спутники Земли посылают на землю точные результаты измерений.

Тот, у кого есть глобус диаметром 35 см, может представить себе вокруг него двухсантиметровый слой, и получит, таким образом, представление о величине атмосферы. Атмосфера нашей планеты весит 5,1∙10¹³ меганьютонов, а объем ее составляет более, чем 4∙10¹⁸ м³. В воздухе содержатся величайшие ценности. Физики и химики размышляют над проблемой их использования. Линде, например, технически реализовал теоретические работы Андрюса, Фарадея, Джоуля и Томсона и развил методы сжижения воздуха. Жидкий воздух является важнейшим источником для получения кислорода, азота и инертных газов. Габер и Бош разработали метод, с помощью которого азот воздуха можно связать с водородом. То, что еще в прошлом столетии казалось утопией, например получение удобрений, кислот и других химических соединений из воздуха, в последние шестьдесят лет стало реальностью.

Интересная смесь

До конца XVIII века считали, что воздух состоит из одного простого вещества. Только Пристли и Лавуазье, благодаря исследованию процессов сгорания, пришли к выводу, что воздух представляет собой смесь двух элементов. Более, чем через сто лет Рэлей и Рамзай открыли в воздухе другие элементы — инертные газы. Сухой воздух имеет следующий состав (по объему):

Азот… 78,095 %

Кислород… 20,939 %

Диоксид углерода… 0,031 %

Инертные газы… 0,935 %

из них аргон… 0,933 %

На остальные инертные газы приходится 0,002 %. В 1 м³ воздуха содержится 15 мл неона, 5 мл гелия, 1,1 мл криптона и 0,08 мл ксенона.

Гелий до сих пор получали из природного газа. Этот негорючий газ в большом количестве расходовали на заполнение аэростатов и воздушных шаров. Смесью кислорода и гелия дышат водолазы при работе на большой глубине. Ее применяют также для лечения больных астмой. Другие инертные газы получают при многократном ступенчатом испарении жидкого воздуха. Неоном, например, заполняют лампы дневного света и светящиеся трубки реклам, при пропускании электрического тока он излучает интенсивный оранжевый свет. Инертные газы для заполнения люминесцентных и специальных ламп с металлической нитью (например, криптоновых) получаются в качестве ценных побочных продуктов на всех больших предприятиях, которые производят технические газы с помощью сжижения воздуха. В защитной атмосфере аргона проводят сварку, к месту работ его доставляют в баллонах под давлением.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ С КИСЛОРОДОМ

Кислород — самый распространенный элемент. Наша атмосфера, как вы уже знаете, содержит 21 % (об.) кислорода: исследованные 16 км земной коры — литосфера — состоит наполовину из кислорода, а водный бассейн — гидросфера — на 89 % (по массе).

Растения, животные и человек нуждаются в кислороде, так как от него зависит нормальное протекание жизненных процессов. В промышленности и технике он используется для окисления. Он содержится во многих химических соединениях.

Чтобы получить чистый кислород, нужны исходные вещества, богатые этим элементом. К ним относятся нитраты и хлораты, то есть соли азотной и хлорноватой кислоты, а также пероксиды. В технике, где счет идет на тысячи тонн, используются широко распространенные сырьевые источники — воздух и вода. Необходимая для этого аппаратура очень сложна и дорога. В лабораториях, напротив, другие условия, так как в наших опытах часто имеем дело с объемами газов меньше миллилитра. Поэтому аппаратура в лаборатории должна быть дешевой и простои в обращении. Для небольших количеств, которые мы получаем, не имеет существенного значения высокая цена исходных продуктов.

Получение кислорода простыми способами

Укрепим пробирку из тугоплавкого стекла на штативе и внесем в нее 5 г порошкообразной селитры (нитрата калия KNO₃ или нитрата натрия NaNО₃). Поставим под пробирку чашку из огнеупорного материала, наполненную песком, так как при этом опыте стекло часто плавится и вытекает горячая масса. Поэтому и горелку при нагревании будем держать сбоку. Когда мы сильно нагреем селитру, она расплавится и из нее выделится кислород (обнаружим это с помощью тлеющей лучины — она воспламенится в пробирке). При этом нитрат калия перейдет в нитрит KNO₂. Бросим затем тигельными щипцами или пинцетом кусок черенковой серы в расплав (никогда не держать лицо над пробиркой). Сера воспламенится и сгорит с выделением большого количества тепла. Опыт следует проводить при открытых окнах (из-за получающихся окислов серы). Полученный нитрит натрия сохраним для последующих опытов.

Процесс протекает следующим образом: нагревание

2KNO₃ —> 2KNO₂ + O₂

Можно получить кислород и другими методами. Перманганат калия КМnО₄ (калийная соль марганцевой кислоты) отдает при нагревании кислород и превращается при этом в оксид марганца (IV):

4КМnO₄ — 4МnO₂ + 2К₂O + 3O₂

(Эту реакцию правильнее было бы изобразить так: 2КМnO₄ —> МnO₂ + К₂МnO₄ + O₂. Прим. ред.)

Из 10 г перманганата калия можно получить примерно литр кислорода, значит двух граммов достаточно, чтобы наполнить кислородом пять пробирок нормальной величины. Перманганат калия можно приобрести в любой аптеке, если он отсутствует в домашней аптечке.

Некоторое количество перманганата калия нагреем в тугоплавкой пробирке и уловим в пробирки выделяющийся кислород с помощью пневматической ванны. Кристаллы, растрескиваясь, разрушаются, и, зачастую некоторое количество пылеобразного перманганата увлекается вместе с газом. Вода в пневматической ванне и отводной трубке в этом случае окрасится в красный цвет. После окончания опыта очистим ванну и трубку раствором тиосульфата (гипосульфита) натрия — фотофиксажа, который немного подкислим разбавленной соляной кислотой.

В больших количествах кислород можно также получить из пероксида (перекиси) водорода Н₂O₂. Купим в аптеке трехпроцентный раствор— дезинфицирующее средство или препарат для обработки ран. Пероксид водорода мало устойчив. Уже при стоянии на воздухе он разлагается на кислород и воду:

2Н₂O₂ —> 2Н₂O + O₂

Разложение можно существенно ускорить, если добавить к пероксиду немного диоксида марганца МnO₂ (пиролюзита), активного угля, металлического порошка, крови (свернувшейся или свежей), слюны. Эти вещества действуют как катализаторы.

Мы можем в этом убедиться, если в маленькую пробирку поместим примерно 1 мл пероксида водорода с одним из названных веществ, а наличие выделяющегося кислорода установим с помощью пробы лучинкой. Если в химическом стакане к 5 мл трехпроцентного раствора пероксида водорода добавить равное количество крови животного, то смесь сильно вспенится, пена застынет и вздуется в результате выделения пузырьков кислорода.

Затем испытаем каталитическое действие 10 %-ного раствора сульфата меди (II) с добавкой гидроксида калия (едкого кали) и без нее, раствора сульфата железа (II), раствора хлорида железа (III) (с добавкой железного порошка и без него), карбоната натрия, хлорида натрия и органических веществ (молока, сахара, размельченных листьев зеленых растений и т. д.). Теперь мы на опыте убедились, что различные вещества каталитически ускоряют разложение пероксида водорода.

Катализаторы повышают скорость реакции химического процесса и при этом сами не расходуются. В конечном итоге они снижают энергию активации, необходимую для возбуждения реакции. Но существуют и вещества, действующие противоположным образом. Их называют отрицательными катализаторами, антикатализаторами, стабилизаторами или ингибиторами. Например, фосфорная кислота препятствует разложению пероксида водорода. Поэтому продажный раствор пероксида водорода обычно стабилизирован фосфорной или мочевой кислотой.

Катализаторы необходимы для многих химико-технологических процессов. Но и в живой природе во многих процессах участвуют так называемые биокатализаторы (энзимы, ферменты, гормоны). Так как катализаторы не потребляются в реакциях, то они могут действовать уже в малых количествах. Одного грамма сычужного фермента достаточно, чтобы обеспечить свертывание 400–800 кг молочного белка.

Особое значение для работы катализаторов имеет величина их поверхности. Для увеличения поверхности применяют пористые, испещренные трещинами вещества с развитой внутренней поверхностью, напыляют компактные вещества или металлы на так называемые носители. Например, 100 г платинового катализатора на носителе содержит только около 200 мг платины; 1 г компактного никеля имеет поверхность 0,8 см², air порошка никеля —10 м². Это соответствует отношению 1: 100 000; 1 г активного глинозема обладает поверхностью от 200 до 200 м², для 1 г активного угля эта величина составляет даже 1000 м². В некоторых установках катализатора — на несколько миллионов марок. Так, бензиновая контактная печь в Белене высотой 18 м содержит 9—10 тонн катализатора.

Сожжем железо

Применим собранный кислород для опытов по окислению. Внесем в наполненные кислородом пробирки небольшие, по возможности тонкоизмельченные, пробы свинца, меди, алюминия, цинка и олова и неплотно закроем пробирки ватой. При нагревании металлы сгорят с появлением яркого пламени; в пробирках останутся оксиды.

В чистом кислороде сгорит также тонкая железная проволока. Придадим ей спиралеобразную форму и укрепим на одном из концов пропитанного парафином куска дерева, который подожжем. Проволоку как можно скорее внесем в широкий химический стакан, наполненный кислородом. Чтобы стакан не дал трещину из-за падающих горячих частиц, необходимо погрузить дно стакана в слой песка или воды. Проволока сгорит с появлением ярких разлетающихся искр, в результате образуется оксид железа (II, III), так называемая окалина:

3Fe + 2O₂ —> Fе₃O₄

Кислород — газ без цвета, запаха и вкуса, частично растворимый в воде; 1 литр кислорода при 0 °C и 760 мм рт. ст. весит 1,429 г. Следовательно, кислород тяжелее воздуха (1 л воздуха при тех же условиях весит 1,293 г). Почти со всеми металлами и неметаллами кислород образует оксиды.

Атомарный кислород

В природе кислород встречается в виде двухатомных молекул. Атомарный кислород О обладает чрезвычайно сильной окислительной способностью. Он получается при разложении озона, молекула которого содержит три атома кислорода:

О₃ —> O₂ + О

Если на налитую в фарфоровую чашку концентрированную серную кислоту насыпать немного тонкораспыленного перманганата калия, образуется озон. (Надеть защитные очки! Взрывоопасно!) Будем держать над чашкой: а) кусок крахмальной бумаги, смоченной иодидом калия, б) полоску лакмусовой бумажки. Из йодида калия выделится йод, который окрасит крахмальную бумагу в синий цвет (йодокрахмальная реакция); лакмусовая бумажка обесцветится. Наконец, погрузим на стеклянной палочке в смесь серной кислоты и перманганата немного ваты, пропитанной спиртом или скипидаром. Вата со взрывом сгорит.

В высоких (30–45 км) слоях воздуха, в так называемой озоносфере, озон возникает под влиянием ультрафиолетовых лучей или при грозе, а в технике он чаще всего получается в результате тихого электрического разряда в озонаторе. Его используют для дезинфекции и озонирования воздуха в помещениях (больницах, холодильных камерах), а также для обеззараживания питьевой воды.

ЛЁЙНА ЗАДОХНУЛАСЬ БЫ БЕЗ АЗОТА

Если бы в начале нашего века учитель географии в немецкой гимназии спросил своего ученика о Лёине, то он едва ли получил бы удовлетворительный ответ. В то время Лёйна была деревней в государственном округе Мерзебург и насчитывала около трехсот жителей. В географической книге 1899 г. говорится, что там расположены залежи бурого угля, который может быть использован для получения прессованного торфа, горного воска (парафина) и нефти — «солярового масла».

Нынешний ученик на такой же вопрос учителя без особого труда ответит, что Лёйна лежит на участке железнодорожного пути Мерзебург-Гросскорбета и там находится крупнейшее химическое предприятие республики. Лейна стала известна в последние годы. История предприятия Лейны одновременно является и частью немецкой истории. Она началась во время первой мировой войны и, казалось, ей суждено было закончиться во время второй.

В 1908 г. руководитель института физической химии и электрохимии в технической высшей школе в Карлсруэ доктор Габер пригласил в качестве сотрудника Карла Боша, который потом возглавил отделение по получению азота на анилиновой и содовой фабрике Бадена. Вместе с доктором Митташем и инженером Лаппе они с 1909 по 1912 г. провели в специально оборудованной лаборатории более 10 000 опытов с целью соединить азот воздуха с водородом в присутствии катализатора. В результате этой реакции образуется аммиак — исходный продукт для многих видов взрывчатых веществ и искусственных удобрений. Так был разработан способ Габера-Боша.

На заводах Лёйны было организовано одно из первых производств аммиака по реакции: N₂ + 3Н₂ = 2NH₃. Эта реакция носит обратимый характер, сдвигается в сторону образования NH₃ лишь при высоких давлениях. Реализация технологического способа синтеза аммиака явилась заключительным этапом многолетней работы многих ученых по решению проблемы связанного азота. В процессе изучения этой реакции удалось кроме практически важного результата выяснишь многие важнейшие вопросы, связанные с теорией химических реакций (сдвиг равновесия под влиянием температуры и давления, действие катализатора и др.), — Прим. ред.

Карл Бош выбрал место для большой установки аммиачного синтеза. 28 мая 1916 г. в Мерзебурге началось строительство завода по производству аммиака. В это время на западном фронте с незатухающей силой бушевали сражения. Через одиннадцать месяцев после первого удара лопатой, 27 апреля 1917 г., предприятие отправило первые цистерны с аммиаком — новым сырьем для смертоносной войны.

Рабочие Лёйны, устраивая массовые забастовки, повели решительную борьбу против войны.

Завод в Лейне непрерывно расширялся. Аммиак был уже не единственным продуктом. Через два года после пуска началось производство сульфата аммония, в 1923 г. получать метанол, а с 1927 г. — бензин.

В 1945 г. казалось, что огромное предприятие навсегда умерло — 10 000 бомб, сброшенные во время 23 налетов, разрушили его на 80 %. Благодаря советской помощи оно возродилось снова, сначала как предприятие советского государственного акционерного общества по получению минеральных удобрений. В 1954 г. оно стало всенародным достоянием, и с тех пор его мощность, благодаря рационализации и расширению производства, неизменно увеличивалась.

Установки завода занимают площадь в 4 км². На две расположенные в 1.7 км друг от друга железнодорожные станции Завод Лейна-север и Завод Лённа-юг ежедневно прибывает более 32 тысяч трудящихся. 13 гигантских дымовых труб, градирни и ректификационные колонны, длинные ангары и бункеры определяют силуэт завода.

Наряду с таким важным сырьем, как бурый уголь, все больше возрастает роль нефти. В химические центры республики это важное сырье поступает по нефтепроводу «Дружба», протянувшемуся из Советского Союза через ПНР в ГДР.

Тысячи тонн более чем 400 видов основных и промежуточных химических продуктов, начиная с топлива и кончая сырьем для пластмасс, получают из нефти, воздуха и воды. При переработке нефти выделяются также многие неорганические химикаты. Аммиак и азотная кислота служат для получения удобрений и других продуктов.

С 1 февраля 1966 г. Лёйна приобрела особое значение. Начали давать продукцию установки первой очереди Лейны II — первой нефтехимической базы ГДР. На площади 200 га было построено около 2000 действующих установок, которые обслуживают 2100 рабочих. Здесь получают этен, полиэтилен высокого давления, капролактам, фенол. Здесь же осуществляется крекинг бензина. Завод Лёйпа II работает с высокой производительностью. Каждый рабочий на этом предприятии производит в 6 раз больше продукции, чем его коллега на заводе Лёйна 1.

Предприятие чрезвычайно способствовало достижению ГДР мирового уровня в области нефтехимии.

ОПЫТЫ С АММИАКОМ И АЗОТНОЙ КИСЛОТОЙ

По способу Габера — Боша из воздуха, водяного пара и бурого угля (или буроугольного кокса) либо используя газификацию масел нефтяных остатков получают смесь азота и водорода. После очистки (удаления серы, оксида и диоксида углерода) на смешанном катализаторе при давлении 240 кгс/см² и температуре 420–610 °C смесь превращается в аммиак:

N₂+ 3Н₂ = 2NH₃ + Q

Наибольший экономический эффект дает использование для синтеза отходов от процессов переработки нефти.

Аммиачный фонтан

Аммиак — бесцветный газ. Он раздражает дыхательные пути, а в больших концентрациях ядовит. Аммиак легче воздуха, 1 л газа весит 0,7709 г. Он чрезвычайно хорошо растворяется в воде, и в этом мы сейчас убедимся на опыте.

Из продажного 25 %-ного раствора аммиака (гидроксида аммония, NH₄OH, нашатырного спирта) выделим при нагревании аммиак, который соберем в сухую круглодонную колбу. (Ни в коем случае нельзя использовать плоскодонную или эрленмейеровскую колбу! Эти сосуды не выдерживают вакуума и взрываются. Для этого опыта удобно также использовать нижние части склянок для промывания газов.) Затем закроем колбу резиновой пробкой, в отверстие которой вставлена оттянутая на конце стеклянная трубка. Большой химический стакан наполним водой с несколькими каплями фенолфталеина. Многократно погружая горлышко колбы в этот раствор, попытаемся ввести внутрь колбы через трубку несколько капель воды.

Благодаря большой растворимости аммиака (в 1 объеме воды при 20 °C растворяется 702 объема аммиака) большая часть газа растворится. В колбе возникнет разрежение, и внешнее давление воздуха выбросит с большой силой воду из химического стакана в колбу. Красная окраска индикатора в колбе указывает на наличие там основной среды.

Получим азотную кислоту

С помощью каталитического окисления (метод Оствальда) можно перевести аммиак в азотную кислоту. На химическом комбинате Биттерфельд, смесь аммиака и воздуха с большой скоростью пропускают над платино-кобальтовым катализатором. Возникающий при этом бесцветный монооксид азота NO сначала превращается на воздухе в коричневый диоксид азота NO₂, а затем при действии кислорода и воды — в азотную кислоту:

4NH₃ + 5O₂ —> 4NO + 6Н₂O

4NO+ 2O₂ —> 4NO₂

4NO₂ + O₂ + 2Н₂O —> 4HNO₃

Мы же соберем установку, изображенную на рисунке.

Для того, чтобы приготовить катализатор, добавим по каплям раствор хлорида железа (III) к раствору гидроксида аммония. При этом выпадает коричневый осадок гидроксида железа (III). Отфильтруем его, промоем на фильтре холодной водой, смешаем сырую еще массу с асбестом (можно отщипнуть волокна от подставки под утюг, использовать кусочек асбестового шнура и т. п.) и сильно прокалим массу. При этом на асбесте выделится оксид железа (III).

Пропустим сначала через установку поток воздуха (кран I открыт, кран II закрыт) с помощью водоструйного насоса (в крайнем случае достаточно применить для отсоса воздуха резиновый вентилятор) и сильно нагреем катализатор. Затем закроем кран I и откроем кран II. Поток воздуха увлекает аммиак, который после сушки в U-образной трубке с негашеной известью СаО окисляется на катализаторе с образованием оксида азота. А он, взаимодействуя в конической колбе (так называемая колба Эрленмейера) с кислородом воздуха, превращается в диоксид. Наконец, в пробирке с боковой насадкой образуется азотная кислота. Хотя она очень разбавлена, мы можем обнаружить кислую среду с помощью лакмусовой бумажки, а наличие нитрат-ионов — как описано в разделе «Анализ минеральных удобрений».

Азотная кислота — бесцветная, очень едкая жидкость. Концентрированная кислота, 69,2 %-ная HNO₃ с плотностью 1,41 г/м³, относительно легко отдает кислород. Поэтому она является сильным окислителем. Благодаря этому свойству она растворяет различные неактивные металлы, такие как медь, ртуть и серебро. Золото она не разрушает, поэтому можно отделить золото от серебра с помощью азотной кислоты. Однако смесь одной объемной части концентрированной азотной кислоты и трех объемных частей соляной кислоты — царская водка — растворяет и золото и платину.

Если мы хотим получить азотную кислоту более высокой концентрации, то смешаем в реторте 56 г сухой тонкораспыленной калийной селитры KNO₃ с 32 мл концентрированной серной кислоты и перегоним получившуюся кислоту в хорошо охлаждаемый сборник. Если реторта с тубусом, закроем его корковой пробкой, обернутой алюминиевой фольгой. Горло реторты опустим как можно глубже в сборник, который будем охлаждать в стакане с ледяной водой или в проточной водопроводной воде. Для этой цели поместим сборник в воронку и укрепим над ретортой шланг, в который подается холодная вода. Из воронки с помощью шланга отведем холодную воду в ведро или раковину. На окончание опыта укажет выделение коричневых ядовитых паров NO₂:

2KNO₃ + H₂SO₄ —> K₂SO₄ + 2HNO₃

Раньше азотную кислоту только таким методом и получали. Исходным продуктом служил встречающийся в Чили в больших количествах нитрат натрия NaNO₃ (натриевая, или чилийская селитра).

НЕ ВСЯКИЙ ЛЕД ИЗ ВОДЫ

Тот, кто после напряженной работы или длительной прогулки по пыльной улице отведает лимонаду или газированной воды, ощутит освежающее действие этих напитков. Любителям газированных напитков необходим сифон, знаток восхваляет устойчивую пену пива, весело играет шампанское в бокалах на праздничном столе. Крошечные пузырьки газа разрыхляют тесто, благодаря им булочки становятся мягкими. Во всех случаях здесь действует один и тот же углекислый газ (диоксид углерода). Тысячи кубических метров этого газа ежедневно выбрасываются из дымовых труб. В природном круговороте веществ он играет решающую роль, на нем основаны многие химические процессы, а в твердом виде он представляет собой чрезвычайно распространенное охлаждающее средство — сухой лед.

С помощью нескольких опытов мы можем познакомиться с важнейшими свойствами диоксида углерода, который является ангидридом угольной кислоты:

Н₂O + СO₂ = Н₂СО₃

Известно, что многие кислоты образуются в результате взаимодействия оксидов неметаллов с водой. Ангидриды — это химические соединения, которые возникают из других соединений при отделении воды, и, наоборот, переходят в исходные соединения при поглощении воды. Угольная кислота в чистом виде не существует. Равновесие изображенной выше реакции сильно сдвинуто в сторону исходных продуктов. Угольная кислота диссоциирует в две стадии и образует сначала гидрокарбонат-, затем карбонат-ионы:

Н₂СO₃ = Н⁺ +НСO₃^-

НСO₃" = Н⁺ + СО₃^2-

Соответствующие соли называются гидрокарбонаты и карбонаты. Сложим оба равенства, в результате получим:

Н₂СO₃ = 2Н⁺ + СО₃^2-

причем ее точное значение при 25 °C составит 2,4∙10^-16 моль²/л². Из этого следует, что угольная кислота относится к слабым электролитам, то есть к таким, чья константа диссоциации меньше 10^-4 моль²/л².

Получим диоксид углерода

Диоксид углерода можно получить из солей угольной кислоты (карбонатов), если вытеснить его с помощью более сильных кислот. В технике его получают при обжиге извести, т. е. в результате нагревания известняка при темпера туре примерно 1000 °С:

_{около 1000 °C.}

СаСО₃ —> СаО + СO₂

известняк жженая известь

В лабораторных условиях применим самый дешевый способ. Для этого в аппарате для получения газов, например в аппарате Киппа, зальем кусочки мрамора (карбоната кальция СаСО₃) 20 %-ным раствором соляной кислоты:

СаСО₃ + 2НСl —> СаСl₂ + Н₂O + СO₂

Само собой разумеется, что пригодны и другие карбонаты: сода (карбонат натрия N₂СО₃), поташ (карбонат калия К₂СО₃), питьевая сода (гидрокарбонат натрия NaНСО₃), и ряд кислот, в том числе даже относительно слабые — уксусная, винная и лимонная.

Полученный в аппарате диоксид углерода уловим в пневматической ванне или лучше вытеснением воздуха. Диоксид углерода тяжелее воздуха, 1 л его при 0 °C и 760 мм рт. ст. весит 1,977 г, поэтому им можно наполнить стоячий сосуд, опустив газоотводную трубку на самое дно сосуда. Так как горящая лучина гаснет в атмосфере углекислого газа, то таким образом можно проверить, наполнился ли наш сосуд.

Есть простое правило, которое помогает узнать, легче газ воздуха или тяжелее. Условимся число 29 считать относительной молекулярной массой воздуха и сравним молекулярные массы (М) газов с этой величиной. Например, молекулярная масса метана СН₄=16, значит, метан легче воздуха; для азота n₂ М = 28, т. е. азот немного легче воздуха, a SO₂ (М = 64) и СO₂ (М = 44) значительно тяжелее воздуха.

Опыты с диоксидом углерода

Диоксид углерода образует при взаимодействии с известковой водой осадок карбоната кальция, который при дальнейшем действии газа переходит в растворимый гидрокарбонат кальция:

Са(ОН)₂ + СO₂ —> СаСО3 + Н₂O

нерастворим

СаСО₃ + Н₂O + СO₂—> Са(НСO₃)₂,

растворим

Для того чтобы получить известковую воду, зальем водой в химическом стакане негашеную или гашеную известь (защитить глаза!) и профильтруем отстоенный раствор или бросим кусочек карбида кальция в химический стакан с водой и после прекращения выделения газа профильтруем раствор.

Даже незначительные количества солей угольной кислоты можно обнаружить с помощью следующей пробы: в маленькую пробирку введем несколько частичек карбоната и 2 капли соляной кислоты. Образовавшийся над жидкостью газ отсосем пипеткой (только не ртом, так как выдыхаемый воздух тоже содержит СO₂!) и выпустим его во вторую пробирку с известковой водой.

Как мы уже установили, углекислый газ в 1,5 раза тяжелее воздуха. Поэтому его можно «переливать», как воду, например. Наполним химический стакан углекислым газом, и осторожно, чтобы не «промахнуться», перельем невидимый газ во второй стакан. Там обнаружим его с помощью пробы лучинкой. Дым от погасшей лучины повиснет в СO₂. Можно до переливания сделать газ видимым. Для этого добавим в стакан с газом две капли концентрированной соляной кислоты и две капли концентрированного гидроксида аммония (нашатырного спирта), затем осторожно перемешаем стеклянной палочкой образовавшийся туман хлорида аммония (нашатыря) с диоксидом углерода. Для забавы можно потушить в нем горящую свечку.

Наполним широкий сосуд (чашку) углекислым газом до половины и будем выдувать мыльные пузыри таким образом, чтобы они с небольшой высоты падали на газ. После нескольких неудачных попыток нам удастся получить мыльный пузырь, который плавает на газе. Раствор для мыльных пузырей приготовим из жидкого мыла, которое смешаем с холодной дистиллированнои водой и куда через несколько часов добавим несколько капель пропантриола (глицерина).

Наполним пробирку углекислым газом, вольем 1–2 мл раствора едкой щелочи (гидроксида калия или натрия), тотчас закроем пробирку смоченным большим пальцем и встряхнем ее. (Осторожно! Не разбрызгивать щелочь! Сразу же после опыта вымыть руки!) Пробирка свободно повисает на пальце. Не отнимая пальца, перевернем ее, опустим в воду отверстием вниз и откроем. Вода устремится в пробирку и заполнит большую ее часть.

Диоксид углерода взаимодействует со щелочами с образованием карбонатов, в результате в пробирке образуется вакуум. Внешнее давление воздуха прочно прижимает пробирку к пальцу.

Эту реакцию применяют, если необходимо удалить диоксид углерода из газовой смеси. Смесь пропускают через большое количество промывных склянок, наполненных щелочью.

Посмотрим, как газируется вода в сифоне. Насадим баллончик затворной стороной (алюминиевой пластинкой) на острие сапожного гвоздя, обернем тонкой хлопчатобумажной тканью (носовым платком) и сильно ударим молотком по дну патрона. Газ выделится с сильным шипением, белые пары пройдут через поры ткани, а в самом платке останется белый осадок — твердый диоксид углерода, так называемый сухой лед.

Диоксид углерода можно сжижать под давлением при температуре ниже —31,3 °C (критическая температура). Жидким СO₂ заряжены баллоны. Когда при ударе пробивается затворная пластина, СO₂ выходит и испаряется очень быстро.

Благодаря работе, производимой при испарении и расширении, газ очень сильно охлаждается, и часть его конденсируется.

Сухой лед нельзя сжимать пальцами (обмораживание кожи!). Остерегайтесь, чтобы ни малейшей крупинки не попало в глаза. При работе снять с рук кольца!

Сухой лед применяется прежде всего для охлаждения пищевых продуктов. Холода от него вдвое больше, чем от обычного льда, а кроме того, он удобен тем, что испаряется без остатка.

У продавца мороженого обычно можно попросить сухой лед и провести с ним несколько интересных опытов.

Наполним бутылку из-под пива или лимонада на четыре пятых фруктовым соком или водой, бросим внутрь кусочек сухого льда, тотчас закроем, подождем несколько минут и затем сильно взболтаем. Получится газированный напиток. (Ни в коем случае не брать много сухого льда, так как бутылка может взорваться, достаточно кусочка величиной с горошину. В целях безопасности обернем бутылку полотенцем.)

Кусочек сухого льда бросим в наполненную на три четверти водой плоскодонную колбу (можно взять молочную бутылку или что-то похожее), затем закроем ее пробкой с отверстием. В отверстие вставим оттянутую на конце стеклянную трубку, которая вплотную доходит до дна сосуда. Вскоре вода будет сильной струей разбрызгиваться из трубки.

При тушении пожара диоксид углерода часто используют для выброса гасящего средства. Мы можем сделать модель пенного огнетушителя — см. рисунок.

Несколько кусочков сухого льда положим в полотняный мешочек и измельчим ударами молотка. (Надеть защитные очки!) Полученную массу смешаем в фарфоровой чашке с пропиловым спиртом или денатуратом до образования кашицы.

В чашку положим кусок резинового шланга, цветок и небольшой плод. Температура охлаждающей смеси примерно —80 °C. Вытащенный резиновый шланг станет твердым и расколется, если по нему ударить молотком. Цветок и плод замерзнут и при падении на твердую поверхность разлетятся вдребезги.

2. Соль = основание + кислота

ХЛОРИДЫ ЩЕЛОЧНЫХ MEТАЛЛОВ — СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОСНОВАНИЙ И КИСЛОТ

Еще в древности арабы получали соли выщелачиванием из золы растений (от Арабского слова al kalija (собранный из золы растений) происходит название щелочей во многих европейских языках, в частности, в английском (alkali) и французском (alcali), — Прим. ред.). В связи с этим мы и сегодня называем такие металлы, как литий, натрий, калий, рубидий, цезий щелочными. Их соединения с хлором — хлориды щелочных металлов — растворены в морской воде и частично находятся в крупных, имеющих промышленное значение месторождениях на суше.

ГДР располагает значительными месторождениями каменной и калийной соли. Соли являются важнейшим сырьем для химической промышленности страны и экспортируются; с давних времен у многих народов соль была предметом торговли.

В специальных бассейнах ее добывали из морской воды жители прибрежных районов теплых стран, а горняки разрабатывали те залежи, которые были легкодоступны. В течение многих веков растворы солей (рассолы) выкачивали с большой глубины и перерабатывали на солеварнях в пищевую соль. В 1816 г в Германии с помощью буровых скважин были обнаружены первые залежи каменной соли. В 1839 г. в Штасфурте, тогдашнем центре солеразработки в Германии, было начато бурение, которое длилось четыре года.

В пределах ГДР соли добывают в четырех больших областях: у Магдебурга-Хальберштадта (Шёнебек, Штасфурт, Ашерслебен и Берибург), в Южных горах (Бишоффероде, Бляйшероде, Зондерсхаузен, Пётен, Волькенроде), в области Верры (калийный комбинат Верра, Меркерс, крупнейший в Европе производитель калийных продуктов) и вдоль Унштрут (Росслебен).

Залежи каменной и калийной соли возникли в результате испарения морской воды. Судя по толщине залежей в месторождениях (у Штасфурта толщина солевого пласта 1170 м), мы можем сделать вывод, что речь идет не об одноразовом испарении морского бассейна. Вероятно, бассейны, в которых 200 миллионов лет назад происходило осаждение, были отделены от океана только полосой мели и периодически снова заполнялись. Благодаря постепенному испарению воды под влиянием господствовавшего в Центральной Европе в далеком прошлом сухого тропического климата, концентрация солей постепенно увеличивалась. В конце концов соли стали выпадать в осадок в соответствии с их растворимостью: сначала известь и ангидрит, затем каменная соль. Легкорастворимые соединения калия и магния выкристаллизовались относительно поздно. Сверху были нанесены тонкие слои глины, которые защитили соли от повторного растворения. Последующие наводнения, осаждения, подъемы и сдвиги почвы придали месторождениям их сегодняшние форму и положение.

Этот грандиозный процесс мы можем повторить теперь в небольшом объеме. Сначала приготовим 25 мл насыщенного раствора гипса и растворим в нем 1 г хлорида натрия и 0,5 г хлорида калия. После добавки 1 капли разбавленной соляной кислоты (20 %-ной) будем прибавлять раствор хлорида железа (III) до тех пор пока раствор не приобретет слабую желтую окраску.

Осторожно выпарим досуха на часовом стекле несколько капель приготовленного раствора. Для этого поставим часовое стекло на асбестированную проволочную сетку и осторожно нагреем с помощью пламени бунзеновской горелки или спиртовки.

Через лупу на нашем часовом стекле можно разглядеть, что сначала, по краю стекла, выделился сульфат калия, затем следует полоска хлорида натрия, а бесцветные прозрачные кубики в середине стекла — это кристаллы хлорида калия.

КАК В БИТТЕРФЕЛЬДЕ ПОЛУЧАЮТ ЩЕЛОЧЬ И КИСЛОТЫ

Что такое поваренная соль? Она представляет собой соединение химически активного, требующего осторожного обращения щелочного металла натрия с чрезвычайно ядовитым хлором. Это соединение можно получить, если в течение длительного времени в хорошо закрытом сосуде воздействовать газообразным хлором на кусочки натрия. Как мы знаем, поступающая в продажу поваренная соль не ядовита, так как при соединении веществ друг с другом их исходные свойства не проявляются. Она состоит, как все простые соли, из иона металла и кислотного остатка, которые находятся в водном растворе в виде свободных подвижных ионов:

NaCl <=> Na⁺ + Cl^-

Но это еще не все компоненты раствора: вода также может диссоциировать на ионы водорода Н⁺ и гидроксил-ионы ОН^-:

2Н₂О = 2Н⁺ + 2ОН^-

Ионы водорода образуют с недиссоциированными молекулами воды ионы гидроксония Н₃О⁺:

2Н⁺ + 2Н₂О —> 2Н₃О⁺

В электролизной ячейке, на катоде они разряжаются, присоединяя электроны. При этом выделяется водород: 2Н₃О⁺ + 2е^- —> 2Н₂О + Н₂↑

Гидроксил-ионы остаются неизменными в растворе. На аноде электролизной ячейки, заполненной водным раствором поваренной соли, хлорид-ионы отдают электроны и разряжаются. При этом выделяется газообразный хлор:

2Сl^- —> 2е^- + Сl₂↑

Следовательно, в растворе останутся ионы натрия и гидроксида, которые при выпаривании раствора соединяются, образуя гидроксид натрия NaOH. Это только грубая схема процесса. В действительности его механизм намного сложнее и до настоящего времени еще полностью не выяснен.

Если описанный процесс будет протекать в одном и том же сосуде, то между гидроксидом натрия и выделяющимся хлором произойдет реакция. Щелочь будет загрязнена, а многим отраслям производства необходима щелочь высокой чистоты. Понадобилось разработать способ, при котором хлор не находится вблизи катода, а это значит, что катодное и анодное пространства должны быть разделены. Существуют три метода, в которых это требование учтено: с колоколом, диафрагменный и ртутный. Здесь мы рассмотрим прежде всего последний способ, который наиболее распространен в ГДР и в частности применяется на химическом комбинате в Биттерфельде и химическом заводе в Нюнхрице.

Сущность способа заключается в том, что катодом является жидкая ртуть, которая медленно течет в слегка наклоненной электролизной ячейке. При равновесном напряжении от 2,8 до 4,4 В протекают все описанные выше процессы, только на этот раз при особых условиях разряжаются также ионы натрия. Натрий поглощается при этом на катоде ртутью, и образуется примерно 0,2 %-ная амальгама натрия. (Амальгамы — это сплавы металлов с ртутью.) Она вытекает из ячейки в аппарат для разложения, где при действии воды натрий превращается в 40 %-ный раствор гидроксида натрия: амальгама натрия + 2Н₂О —> 2NaOH + ртуть + Н₂↑

Ртуть откачивается назад, в ячейку. Водород накапливают в газометре.

Частично он сгорает при контакте с хлором, собирающемся на графитовом аноде. В результате образуется хлористый водород:

Н₂ + Сl₂ —> 2НСl

В так называемом абсорбере хлористый водород растворяется в воде и получается высококонцентрированная соляная кислота. Большую часть хлора собирают и сжижают.

Химический комбинат в Бпттерфельде сам потребляет хлор в больших количествах: он производит многочисленные неорганические и органические хлорсодержащие соединения. К ним относятся тетрахлорметан (четыреххлористый углерод), инсектициды, гербициды, отбеливающие средства, хлорная известь, пластики (например ПВХ) и другие вещества и материалы. Это только незначительная часть из 2800 ходовых продуктов, которые производятся почти на 70 предприятиях комбината.

Большое количество химически чистого водорода применяется для гидрогенизации жиров и масел, для резки и сварки и в качестве газообразного топлива. На известной фабрике драгоценных камней химического комбината Биттерфельда в шамотных печах из очищенного глинозема с некоторыми добавками получают синтетические камни. Нужную температуру — 2000 °C создают с помощью кислородно-водородной горелки.

Используя десятилетний опыт выращивания кристаллов, на комбинате удалось вырастить рубиновые стержни, которые применяют в последнее время в качестве лазер-резонаторов в оптических приборах.

От 400 до 600 кг хлора, от 10 до 16 кг водорода и от 450 до 750 кг едкого натра (в пересчете на 100 %-ную щелочь) может производить в день одна ячейка при потреблении тока около 3 кВт-ч на килограмм 100 %-ного NaOH.

Электролиз растворов хлоридов щелочных металлов ртутным способом известен с 1935 г. Он является типичным примером многостороннего использования энергии и сырья в современной химической промышленности.

Сначала хлор был нежелательным побочным продуктом. С ростом производства искусственных волокон и пластмасс спрос на него определил развитие процесса электролиза. Сегодня удовлетворить потребность промышленности в хлоре уже нелегко.

В то время как еще несколько лет назад едкий натр получали каустированием соды

Na₂CO₃ + Са(ОН)₂ = 2NaOH + СаСO₃

Во многих странах сейчас уже идут другим путем и получаютсоду из каустика. Фабрика по производству едкого натра на химическом комбинате Биттельфельда была отстроена в 1950 г. и расширена в последующие годы. В 1966 г. имеющиеся на комбинате ртутные ячейки при нагрузке 50 000–100 000 А производили продуктов вдвое больше, чем было указано выше.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ НА ЛАБОРАТОРНОМ СТОЛЕ

Попытаемся с помощью нескольких простых опытов в принципе повторить процесс, описанный в предыдущей главе. Точная копия ртутного способа невозможна в простых лабораторных условиях. Опишем простой опыт для членов кружка, которые должны работать со ртутью только под руководством специалиста.

Прежде всего несколько необходимых правил работы со ртутью. Ртуть испаряется уже при комнатной температуре. Пары ее представляют собой коварный и опасный яд, так как они легко поглощаются телом и вызывают болезни десен, выпадение зубов и волос, разрушение дыхательных путей и другие неприятные явления.

Аппараты, в которых работают со ртутью, всегда должны стоять в чашке, например в фотографической кювете. Только так можно предотвратить попадание ртути на стол и пол при появлении в аппарате трещин. Если это уже произошло, то нужно аккуратно собрать маленькие шарики. Чаще всего это делают щипцами для собирания ртути. Попавшую в пазы ртуть удаляют оловянной фольгой или полоской цинковой жести, которые предварительно надо зачистить наждаком.

Ртутный способ

С самого начала надо привыкать работать с малыми количествами веществ (это экономит химикаты и время и приучает к точности). Поэтому выберем несколько небольших сосудов, применяемых, например, для полумикроанализа. Возьмем маленькие фарфоровые тигли (высотой 1,5 см). В один из них нальем немного ртути. Затем поставим его в химический стакан на 50 мл, который на 3/4 наполним концентрированным раствором поваренной соли. Стакан поставим в плоскую чашку или кювету. Теперь нужны два электрода. Анод должен быть графитовый, так как на нем выделяется химически активный хлор. Воспользуемся угольным стержнем от батарейки для карманного фонарика или сделаем графитовый стержень. Катодом может служить вязальная спица, которую надо заплапить в стеклянную трубку так, чтобы с одной стороны торчал кончик длиной 1,5–2 мм (см. рисунок).

Этим концом погрузим катод в ртуть (стеклянная трубка также должна смачиваться ртутью).

Теперь можно включить цепь постоянного тока. Удобнее всего работать с напряжением 12 В (аккумулятор), поддерживая в течение 3–5 мин ток 1 А. Работайте без страха, ведь так же протекает процесс в батарее карманного фонарика! Конечно, в цепь желательно ввести переменное сопротивление и амперметр. Мы заметим, что на угольном стержне образуются мелкие пузырьки газа, в котором легко узнать хлор — и по запаху, и с помощью влажной крахмальной бумажки, смоченной иодидом калия (посинение). На катоде, если ртуть чистая, ничего не наблюдается.

Через некоторое время прекратим подачу тока и пинцетом или тигельными щипцами вытащим тигель из стакана. Осторожно сольем раствор поваренной соли, находящийся в тигле над ртутью. Оставшиеся капли высушим полоской фильтровальной бумаги. Затем наполним тигель до середины дистиллированной водой, которую также быстро сольем и вновь высушим ртуть. Таким образом, мы удалим оставшиеся на ртути следы поваренной соли.

Выльем ртуть в маленькую пробирку (через воронку!) и нальем в нее примерно 3 мл дистиллированной воды. Через некоторое время на поверхности ртути начнут выделяться пузырьки газа. Как уже упоминалось, мы имеем дело не с чистой ртутью, а с амальгамой натрия, которая при соприкосновении с водой образует гидроксид натрия, в то время как водород улетучивается.

Отберем пипеткой пробу жидкости и подействуем на нее одним из индикаторов — лакмусом, фенолфталеином или метиловым оранжевым. Красная лакмусовая бумажка в основной среде посинеет, бесцветный спиртовой раствор фенолфталеина сильно покраснеет, а раствор метилового оранжевого приобретет желтую окраску.

Для получения кислой среды (проверим с помощью лакмуса) добавим к другой пробе того же раствора разбавленную азотную кислоту и затем несколько капель раствора нитрата серебра. Если осадок не выпадет, то это означает, что полученный едкий натр не загрязнен хлором. В противном случае образуется белый осадок хлорида серебра:

Ag⁺ + Сl^- <=> AgCl нерастворим

В уравнении непременно нужно ставить двойную стрелку, так как все реакции осаждения равновесные. В данном случае равновесие почти полностью смещено в сторону AgCl.

Хлорид серебра растворяется при добавлении нескольких капель концентрированного водного раствора аммиака, в результате образуется диамминохлорид серебра (I);

AgCl + 2NH₃ <=> [Ag(NH₃)₂]Cl растворим

После окончания опыта все сосуды хорошо вымоем. Еще раз промоем водой ртуть и поместим ее в хорошо закрывающуюся склянку.

Диафрагма из выеденного яйца

Другая часть едкого натра получается в промышленности по диафрагменному способу. Пористая перегородка — диафрагма — должна полностью исключить перемешивание жидкости катодного и анодного пространства, но не мешать передвижению ионов. В промышленности в качестве диафрагм применяют асбестовый картон, асбестовую бумагу или пропитанную сульфатом бария асбестовую вату. Иногда диафрагму получают также из портланд-цемента и раствора поваренной соли. Если после затвердевания цемента провести выщелачивание, то кристаллы соли растворятся, и, таким образом, возникнут мелкие поры.

Для нашего опыта с успехом может быть применена отбитая с Держатель одного конца яичная скорлупа. Промоем ее вначале разбавленной соляной кислотой, а затем — многократно водой. Подвесим скорлупу в держателе из толстой изолированной проволоки на стенку не слишком маленького химического стакана и заполним скорлупу и стакан концентрированным раствором поваренной соли. В яйцо погрузим анод — угольный стержень, а в качестве катода используем железную проволоку, свернутую спиралью.

Примерно через пять минут после начала электролиза, проводимого при напряжении 6-12 В и токе 0,5–1 А, отберем первую пробу и проверим основность среды, как мы это делали в предыдущем опыте. Еще через пять минут прекратим опыт. Из катодного пространства возьмем примерно 20 мл полученной щелочи, а к остатку добавим каплю раствора фенолфталеина. Интенсивная красная окраска — показатель успешного опыта. Если капнуть фенолфталеин в скорлупу, цвет не изменится, зато растворы иодида калия и крахмала окрасятся в голубой цвет.

В технике 10–15 %-ный раствор едкого натра выпаривают в вакуумных аппаратах. При упаривании выпадает твердый хлорид натрия, который отделяют

ОСНОВЫ ТИТРОВАНИЯ

Как же определить содержание NaOH в отобранной пробе едкого натра? Исследования такого рода относятся к количественному анализу, который проводят химическими, электрохимическими, оптическими, хроматографическими, спектроскопическими и другими методами. К химическим методам можно отнести весовой (гравиметрию) и объемный анализ. Существует много способов объемного анализа:

— оксидиметрия (иодометрия, перманганатометрия);

— анализ с осаждением (например аргентометрия);

— анализ с нейтрализацией (ацидиметрия, алкалиметрия);

— комплексометрия.

Будем исследовать нашу пробу с помощью алкалиметрии. Если бы нам нужно было определить содержание кислоты, мы воспользовались бы ацидиметрией (acidum — кислота).

Реакция нейтрализации — взаимодействие водородных ионов кислоты с гидроксил-нонами основания, в результате чего получается вода:

Н⁺ + ОН- <=> Н₂O

Это уравнение лежит в основе нашего метода. К известному объему известного вещества неизвестной концентрации будем добавлять известное вещество известной концентрации до тех пор, пока индикатор не покажет, что произошла нейтрализация. Иначе говоря, мы титруем основание кислотой. (Слово это происходит от французского le titre — содержание.)

Раствор, который необходимо исследовать (анализируемый раствор), обозначим индексом 1, а индексом 2 — раствор с известным содержанием — (титрующий раствор). В процессе нейтрализации всегда реагируют равные количества эквивалентов веществ n_э. Число эквивалентов равно произведению числа молей n на валентность Z.

При этом имеется в виду валентность металла в основании или валентность кислотного остатка в кислоте (основность). Например, для НСl Z = 1, для H₂SO₄ Z = 2, для NaOH Z = 1, для Са(ОН)₂ Z = 2 и т. д.

Очевидно, что при Z = 1 число молей взятого вещества равно числу эквивалентов. При Z не = 1 в одном моле вещества содержится число эквивалентов равное валентности Z. Таким образом, взяв 1 моль, мы тем самым берем соответственно Z эквивалентов. Иначе говоря: n_э =Zn

Так как валентность — величина безразмерная, то число эквивалентов будет выражено в молях.

С другой стороны, при расчете эквивалентной массы следует мольную массу разделить на валентность:

Эквивалентная масса = мольная масса/Z (кг/моль)

Число эквивалентов, отнесенное к объему раствора, называют эквивалентной концентрацией или нормальностью С_н. Раствор называется нормальным, если в одном литре его содержится один эквивалент вещества;

C_н = n_э/V; C_н = nZ/V

Например, в одном литре 1 н. раствора соляной кислоты содержится 36,5 г НСl, серной кислоты — 49 г H₂SO₄, гидроксида натрия — 40 г NaOH и гидроксида кальция — 37 г Са(ОН)₂

Часто применяемые на практике растворы не являются точно нормальными. Поэтому при обработке результатов опыта необходимо ввести поправочный фактор. Он определяется экспериментально, называется фактором раствора и обозначается F. Если F < 1, то раствор сильнее нормального, если F > 1, то, наоборот, — слабее. Зачастую применяют и более слабые растворы, например 0,5 н., 0,1 н.

При вычислениях будем исходить из утверждения о взаимодействии равных количеств эквивалентов:

n_э1 = n_э2 или C_н1V₁ = C_н2V₂

Пользуясь этим уравнением, можно (при нейтрализации анализируемого раствора) вычислить его концентрацию:

C_н1 = C_н2*V₂/V₁

Массу содержащегося в нем вещества получим из следующего уравнения: m₁ = V₂ С_н2М₁/Z₁ где V₂ — объем используемого для нейтрализации раствора,

С_н2 — нормальность этого раствора,

M1 — молярная масса используемого вещества,

Z₁ — валентность исследуемого вещества.

Но довольно теории! Перейдем теперь к исследованию раствора гидроксида натрия. Будем добавлять к точно отмеренному объему щелочи соляную кислоту известной концентрации до тех пор, пока добавленный в небольшом количестве индикатор не укажет на переход от основной среды к кислой. Индикатор меняет окраску не при определенном значении pH, а в некотором интервале на шкале pH.

Индикатор только тогда пригоден для титрования, когда эквивалентная точка титрования лежит в области перехода данного индикатора. При титровании сильной кислоты сильным основанием эквивалентная точка лежит в области, где значение pH равно 4 или 5. Для такого титрования можно применить метиловый оранжевый или фенолфталеин.

Для того чтобы провести титрование слабой кислоты (или слабого основания), надо познакомиться с соответствующей литературой и затем выбрать подходящий индикатор.

Отберем мерной пипеткой три пробы по 5 мл исследуемого раствора гидроксида натрия, перенесем их в широкогорлые колбы Эрленмейера вместимостью 100 мл. К каждой пробе добавим около 15 мл дистиллированной воды и 3–4 капли индикатора. Если титрование надо проводить довольно часто, можно применять в качестве индикатора бромтимоловый синий, который очень резко меняет свой цвет на желтый. Метиловый оранжевый меняет окраску с желтой на красную, а красный фенолфталеин обесцвечивается.

Бюретку сначала промоем 2–3 мл 0,1 н. раствора НСl, затем вставим воронку и заполним бюретку кислотой; откроем кран, чтобы заполнить носик бюретки; вытащим воронку; подождем полминуты и после этого отметим и запишем исходное положение мениска А. Будем теперь по капле добавлять кислоту из бюретки в колбу. Левой рукой управляем краном бюретки, а в правой держим колбу, постоянно перемешивая содержимое. Под колбу рекомендуется подложить лист белой бумаги, чтобы точнее заметить момент изменения цвета от желтого к красному. В этот момент зафиксируем показания на бюретке Е, затем добавим еще 1–2 капли кислоты и посмотрим, не станет ли окраска интенсивнее. Если это произойдет, то прибавим обе капли к уже отмеченному расходу кислоты Е, в противном случае оставим его значение неизменным.

Повторим опыт еще два раза. Результат внесем в следующую таблицу:

Среднее значение объема израсходованного на титрование раствора НСl 11,29 мл. Подставим его в соответствующие формулы и вычислим либо массу, либо нормальность анализируемого раствора:

m₁ = 11,29*0,1*40/(1*1); m₁ = 4,516 мг/л

С_Н1 = 0,1*11,29/(1*5); C_H1= 0,26 моль/л

При определении концентрации раствора весовым методом приходилось тратить много времени и энергии на выпаривание и взвешивание. Титрование значительно сокращает время определения. А заменив визуальное наблюдение за изменением окраски индикатора электрохимическими методами, можно автоматизировать этот процесс.

Так называемые автоматы для титрования уже не редкость на крупных производствах. Тот кто обслуживает эти установки, должен обладать хорошей теоретической подготовкой. Этот раздел знакомит читателя с титрованием лишь в общих чертах.

ОПЫТЫ С ХЛОРОМ

Теперь займемся хлором, который получается при электролизе раствора поваренной соли. Но имеющегося у нас количества мало для дальнейших опытов. Поэтому надо получить газ из других соединений хлора. Самым подходящим и дешевым исходным веществом является соляная кислота.

Получим хлор

Эрленмейеровскую колбу на 250 мл закроем пробкой с двумя отверстиями. В одно вставим капельную воронку, в другое — согнутую под прямым углом газоотводную трубку. На дно колбы положим несколько кристалликов перманганата калия, а капельную воронку до середины заполним концентрированной соляной кислотой. Когда соляная кислота будет капать на перманганат калия, образуется желто-зеленый газ, он постепенно наполнит колбу и затем начнет проходить через трубку.

Перманганат калия КМnО₄ (калиевая соль марганцевой кислоты НМnО₄) является сильным окислителем. Он окисляет до воды содержащийся в соляной кислоте водород и освобождает хлор:

2КМnO₄ + 16НСl —> 2КСl + 2МnСl₂ + 8Н₂O + 5Сl₂

В качестве окислителей можно применить также оксид марганца (IV) МnO₂ (пиролюзит) или бихромат калия К₂Сr₂O₇.

Хлор — сильный яд. Он раздражает слизистые оболочки, поражает дыхательные пути и при длительном вдыхании приводит к смерти в результате разрушения легких. Поэтому опыты с хлором нужно проводить обязательно в вытяжном шкафу или на открытом воздухе.

Избыток хлора можно связать, пропуская его через концентрированные растворы щелочей, с которыми он реагирует по следующему уравнению:

2NaOH + Сl₂ —> NaCIO + NaCl + Н₂O

Для связывания остатка хлора применяется также раствор тиосульфата (гипосульфита) натрия Na₂S₂O₃.

Простые опыты с хлором

Заполним хлором несколько больших пробирок, для этого подведем в них сверху газ, используя опущенную на дно сосуда трубку. Хлор в 2,5 раза тяжелее воздуха, поэтому он полностью вытеснит последний из пробирки.

В первую пробирку поместим зеленые листочки и цветы разной окраски, в другую — несколько полосок голубой и красной лакмусовой бумаги, несколько цветных лоскутков материи, а также влажный лист бумаги, на котором сделаны надписи простым карандашом, чернилами и разноцветными химическими карандашами. Закроем пробирки корковыми пробками и оставим на некоторое время.

Части растений, лакмусовая бумага, следы карандаша (кроме простого), а также некоторые окрашенные лоскутки ткани обесцветятся.

Дело в том, что при взаимодействии хлора с водой в испытываемых объектах происходит реакция:

Н₂O + Сl₂ —> НСlO + НСl

Хлорноватистая кислота НСlO, которая образуется наряду с соляной кислотой, полностью разлагается с выделением чрезвычайно реакционноспособного атомарного кислорода:

НСlO —> НСl + О

Ему в конечном счете и следует приписать отбеливающий эффект.

Отбеливающие средства на основе хлора часто применяются в текстильной промышленности, а дезинфицирующие — для обеззараживания воды. Хлор может отбелить также жиры и масла.

Насыплем в заполненную хлором пробирку порошок железа (0,25-0,5 г), который предварительно нагреем на железном шпателе или на полоске жести. Железный порошок взаимодействует с хлором с появлением пламени. В результате образуется хлорид железа (III):

2Fe + 3Сl₂ —> 2FeCl₃

Если опыт не удался, значит, хлор был влажный. Для того чтобы его высушить, пропустим через промывную склянку с концентрированной серной кислотой.

Другие металлы (цинк, медь, олово и т. д.) тоже взаимодействуют с хлором, образуя соответствующие хлориды. Эти реакции дали повод назвать хлор и родственные ему элементы— фтор, бром и иод — галогенами, что в переводе означает «рождающий соль»

Синтез хлористого водорода

Для синтеза нам нужны два аппарата для получения газов. В одном будем получать водород из разбавленной серной кислоты и цинка, а в другом — хлор из соляной кислоты и перманганата калия. Пропустив оба газа через концентрированную серную кислоту, высушим их и затем, сжигая водород в атмосфере хлора, получим хлористый водород.

Закроем ламповое стекло или широкий стеклянный цилиндр двумя пробками с двумя отверстиями в каждой (см. рисунок). В одно из отверстий в нижней пробке вставим согнутую под прямым углом трубку для подвода хлора, второе — диаметром не менее 10 мм — закроем пробкой. В отверстия в верхней пробке вставим кусок стеклянной трубки, на которую надет шланг с зажимом, и согнутую под прямым углом трубку, которую отведем в сосуд с водой. Оттуда полученный газ будет поступать в сосуд с раствором тиосульфата натрия. Прежде всего заполним цилиндр хлором (второе нижнее отверстие плотно закрыто!). В это время получим в аппарате Киппа водород. Еще раз напоминаем: его необходимо высушить, пропустив через концентрированную серную кислоту. Укрепим на промывной склянке кусок шланга длиной не менее 20 см и вставим в конец шланга стеклянную трубку с оттянутым носиком, на которую надета пробка, точно соответствующая диаметру широкого отверстия. Если проба на гремучий газ дала отрицательный результат, то подожжем водород, выходящий из оттянутого конца стеклянной трубки. Тем временем цилиндр наполнится хлором. Удалим маленькую пробку и быстро (чтобы не зажечь резину) вставим трубку с пламенем водорода на конце. Обратим внимание на то, чтобы оба газа поступали в цилиндр с одинаковой скоростью. Водород сгорает в атмосфере хлора с появлением бледного пламени. В результате образуется хлористый водород, который мы можем обнаружить, если откроем верхний зажим и подержим перед отверстием шланга стеклянную палочку, смоченную гидроксидом аммония — образуется туман нашатыря. Если пламя начинает угасать, необходимо немедленно перекрыть подачу водорода, так как в цилиндре образуется чрезвычайно взрывоопасный хлористоводородный гремучий газ. (Цилиндр хорошо проветрить!) Это опасный опыт, и его можно проводить только под руководством специалиста.

Газообразный хлористый водород растворяется в первой промывной склянке (абсорбере), в результате получается соляная кислота. Проверим наличие н„о кислой среды с помощью лакмуса, а хлорид-ионы обнаружим, добавив нитрат серебра По окончании реакции сначала надо прекратить подачу водорода а затем отсоединить цилиндр от абсорбера. Если этого не сделать, то вода потечет из абсорбера в цилиндр, так как хлористый водород чрезвычайно хорошо растворяется в воде (1 объемная часть воды растворяет при комнатной температуре около 450 объемных частей хлористого водорода).

Хлористый водород мы можем получить также при взаимодействии хлорида натрия и концентрированной серной кислоты

2NaCl + H₂SO4 —> Na₂SO₄ + 2НСl а затем провести с ним опыт с образованием фонтана (см. раздел «Аммиачный фонтан»).

Когда мы разберем аппаратуру, все резиновые части следует промыть разбавленным раствором едкого натра или водой. Хлор сильно разрушает резину, она становится твердой и хрупкой.

Хлористый водород — бесцветный газ с резким запахом, он тяжелее воздуха и во влажном воздухе образует белый туман.

В промышленности хлористый водород получают почти исключительно синтезом из элементов. В кварцевой горелке которая состоит из центральной трубы и внешней рубашки, водород пропускают через рубашку, а хлор — по внутренней трубе. Оба газа вступают во взаимодействие только в пламени. Таким образом удается избежать взрыва хлористоводородного гремучего газа. Горячий газообразный хлористый водород охлаждают и, растворяя в воде, получают соляную кислоту.

Концентрированной считают 39 %-ную соляную кислоту, а разбавленной — 10 %-ную. Сырая (техническая) соляная кислота чаще всего желтоватая из-за примеси FeCl₃, чистая кислота представляет собой бесцветную жидкость.

КАК ИЗГОТОВЛЯЮТ СОДУ

Еще в давние времена были известны стекло и мыло. Для их изготовления применяли карбонат натрия (соду), который добывали на берегах содовых озер в Африке и Америке или получали из золы морских и прибрежных растений на побережьях Европы. Примерно 150 лет назад соду стали производить химико-технологическим методом. Первый процесс изготовления соды разработал француз Леблан. Но с 1870 г. более рентабельный способ бельгийца Сольве стал вытеснять метод Леблана, и в 1916 г. закрылась последняя фабрика, работающая по этому методу.

Сода имеет исключительно важное значение для народного хозяйства. Она используется в производстве моющих и очищающих средств, в стекольной и текстильной промышленности. В металлургии ее применяют для удаления серы из железа и стали; сода используется в производстве силиката натрия, фосфатов, селитры и алюминия, эмалей, смоляных красок и в фармацевтической промышленности. В соде нуждаются кожевенная, резиновая, сахарная промышленность, производство продуктов питания, фотопринадлежностей, она является необходимым компонентом при очистке воды.

В районах Магдебурга и Галле в достаточном количестве имеются исходные продукты для производства соды — известь, поваренная соль, уголь и вода. Предприятие им. Карла Маркса в Бернбурге является центром производства соды в ГДР.

Два простых химических уравнения воспроизведут реакции, протекающие в многочисленных технологических установках. Сначала из аммиака, диоксида углерода и воды получают гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃, который при взаимодействии с раствором поваренной соли даст в результате гидрокарбонат натрия NаНСО₃ и хлорид аммония NH₄Cl:

NaCI + NH₄HCO3 —> NaHCO₃ + NH₄Cl

Выпадает плохо растворимый гидрокарбонат натрия, его отделяют фильтрованием, а в результате прокаливания (кальцинирования) он переходит в карбонат натрия:

2NaHCO₃ —> Na₂CO₃ + Н₂O + СO₂ ↑

Особенно рентабельным делает процесс регенерация аммиака и частично диоксида углерода.

Получение соды

Для этого опыта применим аппарат, в котором при небольшом давлении получим диоксид углерода (углекислый газ). Подсоединим к газоотводной трубке этого аппарата Т-образную трубку, одно колено которой свяжем с капельной воронкой (см. рисунок). Диоксид углерода получим при взаимодействии кусочков мрамора и 20 %-ного раствора соляной кислоты. Чтобы проконтролировать количество образующегося газа, подсоединим к газообразователю промывную склянку, частично наполненную водой. Диоксид углерода должен проходить через реакционный сосуд в виде мелких пузырьков. Для этой цели приобретем в зоологическом магазине не слишком большой пористый камень, который применяется в аэрационной установке аквариума (Например, кусок пемзы или туфа, — Прим. ред.). Напильником придадим ему круглую форму, чтобы он подошел к стеклянной трубке, имеющей внутренний диаметр 15–20 мм (трубка для сжигания длиной примерно 30 см). Трубку, подводящую газ, приклеим к камню водостойким клеем.

Диаметр ее должен быть не менее 6 мм. Перед сборкой аппаратуры проверим проницаемость камня, погружая его в воду и пропуская через него воздух. Реакционный сосуд укрепим на штативе. Избыток диоксида углерода улетучится в воздух через открытую вверху трубку. Если имеется подходящее оборудование, можно сделать вокруг реакционного сосуда охлаждающую рубашку (так как температура при реакции не должна превышать 30 °C), а реакционный сосуд закрыть сверху пробкой с двумя отверстиями, в одном из которых помещается термометр, а в другом — отводная трубка (как показано на рисунке). Но можно использовать и более простую установку.

Применяя трубку длиной 30 см и диаметром 2 см, мы используем 60 мл реакционного раствора. Его мы можем приготовить двумя путями: или смешав 20 мл концентрированного раствора гидроксида аммония с 40 мл насыщенного раствора поваренной соли (14 г NaCl в 40 мл Н₂O), или растворив до насыщения поваренную соль в концентрированном растворе гидроксида аммония.

Примерно через 20 мин после начала опыта раствор помутнеет — это началось выделение гидрокарбоната натрия. Теперь необходимо внимательно следить за реакцией в трубе, так как выпадающая соль может закрыть поры в камне. Из-за этого в промывной склянке и газообразователе повысится давление газа. Надо тотчас же отсоединить реакционную трубу и промывную склянку и зажать шланг. Затем приостановим образование диоксида углерода.

Оставим еще на некоторое время раствор в трубе для охлаждения; выделение гидрокарбоната натрия при этом продолжится. Наконец, отфильтруем и просушим соль, отжав ее между листами фильтровальной бумаги и оставив в умеренно теплом месте. Мы получим более 5 г гидрокарбоната натрия, который необходимо еще кальцинировать. Поместим его в пробирку из термостойкого стекла, закроем ее пробкой со вставленной газоотводной трубкой и укрепим на штативе. Сначала сильно нагреем гидрокарбонат натрия на пламени горелки. Выделяющийся газ соберем в пневматической ванне. Докажем с помощью горящей лучины и взаимодействием с известковой водой, что это диоксид углерода. В пробирке останется карбонат натрия, при взаимодействии которого с разбавленной соляной кислотой выделяется диоксид углерода:

Na₂CO₃ + 2НСl —> 2NaCl + Н₂O + СO₂ ↑

По способу Сольве аммиак регенерируют, смешивая раствор хлорида аммония с известковым молоком. Добавим в пробирку с несколькими миллилитрами раствора хлорида аммония немного гашеной извести Са(ОН)₂, выделяющийся аммиак обнаружим известным способом:

2NH₄Cl + Са(ОН)₂ —> СаСl₂ + 2Н₂O + 2NH₃

Безводная, или кальцинированная, сода — гигроскопичный белый порошок, который очень хорошо растворяется в чуть теплой воде. Раствор соды дает щелочную реакцию. Сода получается в кристаллическом виде, если ее осаждать из раствора при температуре ниже 32 °C. Кристаллическая сода имеет формулу Na₂CO₃ * 10Н₂O. Это значит, что при кристаллизации на 1 моль карбоната натрия всегда приходится 10 молей кристаллизационной воды. При длительном хранении прозрачные кристаллы покрываются белым налетом. Благодаря «выветриванию» они теряют воду, и на поверхности остается безводный карбонат натрия.

Сейчас ГДР по производству соды на душу населения занимает ведущее место в мире. На предприятиях по производству соды в Бернбурге и Штасфурте ежедневно производится более 1000 т соды, которая большей частью экспортируется.

Особенную проблему представляют собой сотни тысяч кубических метров отходов, ликвидация которых требует больших затрат. В последние годы эти отходы частично используются в качестве наполнителя в смеси с цементом и кварцевым песком для изготовления газобетона.

КРОВЬ ХИМИИ

Нет кислоты, которая была бы нужнее и применялась бы чаще, чем серная. Главным образом ее применяют в качестве полуфабриката; многочисленные предприятия по производству серной кислоты перерабатывают ее далее в различных процессах.

Почти половину всей производимой в ГДР серной кислоты (это составляет около полумиллиона тонн в год) потребляют две отрасли хозяйства: производство синтетических волокон и суперфосфата. Серная кислота также необходима для получения красителей, взрывчатых веществ, средств для консервирования, ядохимикатов, медикаментов и моющих средств.

Почти всем предприятиям металлургической и горнодобывающей промышленности серная кислота необходима для обогащения руд. В промышленности концентрированную серную кислоту используют для сушки газов (нам это также известно из лабораторных опытов), а из нефти с помощью серной кислоты можно удалить примеси. Наконец, серная кислота служит электролитом в свинцовых аккумуляторах.

Не случайно перспективные планы развития химической промышленности каждой страны предусматривают увеличение производства серной кислоты и числа требующихся для этого многочисленных установок.

В настоящее время серную кислоту получают на 13 предприятиях ГДР. Самыми известными среди них являются химический комбинат в Биттерфельде, предприятия по производству серной кислоты и суперфосфата в Косвиге, завод а Магдебурге, свинцовоплавильный завод во Фрайберге комбинат им. Вильгельма. Пика в Малсфельде и, наконец, предприятия по производству искусственных волокон и искусственного шелка в Шварце и Премнине. В республике работают три установки, построенные польскими специалистами. Производство серной кислоты на душу населения составляет в ГДР более 60 кг в год.

СЕРА И ЕЕ СОЕДИНЕНИЯ

Сера широко распространена на Земле. Многочисленные залежи серы в свободном состоянии находятся в Мексике, Польше, на острове Сицилия, в США, СССР и Японии. Залежи серы в Польше — вторые в мире, они оцениваются в 110 млн. т и почти не уступают мексиканским. Месторождения в Польше были полностью оценены только в 1951 г., разработка началась в 1957 г. В 1970 г. добыто уже 2,6 млн. т, а затем годовая добыча достигла 5 млн. т.

Сера входит в состав различных минералов: ее можно обнаружить в морской воде в виде сульфитов. Растительные и животные организмы содержат связанную в белке серу; в угле, который образуется из растений, встречается сера, связанная в органических соединениях или в виде соединений с железом (серный колчедан FeS₂). Бурый уголь может содержать до 6 % серы. Угольноперерабатывающая промышленность ГДР при очистке коксового, водяного и генераторного газа ежегодно получает 100 000 т серы.

Растворяем серу

Пары серы взаимодействуют с раскаленным углем с образованием дисульфида углерода CS2 (сероуглерода), огнеопасной жидкости с неприятным запахом. Он незаменим при производстве искусственного шелка и штапеля. Сера, которая, как известно, не растворяется в воде и в незначительных количествах растворяется в бензоле, спирте или эфире, прекрасно растворяется в сероуглероде.

Если медленно испарять на часовом стекле раствор небольшого количества серы в сероуглероде, то получим крупные кристаллы так называемой ромбической или a-серы. Но не будем забывать об огнеопасности и ядовитости сероуглерода, поэтому потушим все горелки и поставим часовое стекло под тягу или перед окном.

Другая форма — моноклинная или β-сера получится, если терпеливо выкристаллизовывать из толуола иглы длиной около 1 см (толуол также огнеопасен!).

Осторожно! Яд!

Как известно, в природе сера часто встречается в соединениях с металлами в форме сульфидов металлов. Широко используемый в лабораториях сульфид железа FeS представляет собой голубовато-черную массу. Мы получим его, если смешаем 20 г чистого порошка железа с 11 г порошка серы (серного цвета) и нагреем на огнеупорной подложке. Будем перемешивать смесь, чтобы она равномерно прокалилась. После охлаждения получим твердый остаток.

Сульфид железа используют для получения сероводорода, который применяют в химическом анализе для осаждения металлов. Поместим в пробирку немного (с горошину) полученного сульфида железа и добавим разбавленной соляной кислоты. Вещества взаимодействуют с бурным выделением, газа:

FeS + 2НСl —> H₂S↑ + FeCl₂

Из пробирки доносится неприятный запах тухлых яиц — это улетучивается сероводород. Если его пропустить через воду, то он частично растворится. Образуется слабая кислота, раствор которой часто называют сероводородной водой.

При работе с сероводородом надо соблюдать чрезвычайную осторожность, так как газ почти так же ядовит, как синильная кислота HCN. Он вызывает паралич дыхательных путей и смерть, если концентрация сероводорода в воздухе составляет 1,2–2,8 мг/л. Поэтому опыты с сероводородом следует проводить только на открытом воздухе или под тягой. К счастью, человеческие органы обоняния чувствуют сероводород уже при концентрации его в воздухе 0,0000001 мг/л. Но при длительном вдыхании сероводорода наступает паралич обонятельного нерва, и тут уже нельзя надеяться на наше обоняние.

Химически сероводород обнаруживают с помощью влажной свинцовой реактивной бумаги. Чтобы получить ее, смочим фильтровальную бумагу разбавленным раствором ацетата или нитрата свинца, высушим ее и разрежем на полоски шириной 1 см. (Осторожно! Соли свинца ядовиты!) Сероводород взаимодействует с ионами свинца, в результате образуется черный сульфид свинца:

Pb²⁺ + S^2- <=> PbS↓

Другие полоски приготовленной свинцовой реактивной бумаги используем для опытов с природным сероводородом — проверим наличие сероводорода в испорченных продуктах питания (мясе, яйцах) или исследуем воздух над выгребной ямой и в хлеву.

Мы рекомендуем получать сероводород для опытов сухим методом, так как в этом случае поток газа можно легко регулировать и перекрыть в нужное время. Для этой цели расплавим в фарфоровой чашке около 25 г парафина (остатки свечки) и смешаем с расплавом 15 г серного цвета. Затем уберем горелку и будем перемешивать массу до застывания. Если мы рано прекратим перемешивание, то частички серы неравномерно распределятся в застывающем парафине. Твердую массу размельчим и сохраним для дальнейших опытов.

Когда надо получить сероводород, несколько кусочков смеси парафина и серы нагреем в пробирке с газоотводной трубкой до температуры выше 170 °C. При повышении температуры выход газа усиливается, а если убрать горелку — прекращается. В процессе реакции водород парафина взаимодействует с серой, в результате чего образуется сероводород, а в пробирке остается углерод, например:

С₄₀Н₈₂ + 41S —> 41H₂S + 4O C

Получаем сульфиды

Чтобы рассмотреть окраску выпадающих в осадок сульфидов металлов, пропустим сероводород через растворы различных солей металлов. Сульфиды марганца, цинка, кобальта, никеля и железа выпадут, если в растворе создать щелочную среду (например, добавив гидроксид аммония). В солянокислом растворе выпадают сульфиды свинца, меди, висмута, кадмия, сурьмы и олова. Внесем наши наблюдения в таблицу, которая нам пригодится для дальнейших опытов.

Горение сероводорода

Сделав предварительно пробу на гремучий газ, подожжем сероводород, выходящий из оттянутой на конце стеклянной трубки. Сероводород горит с появлением бледного пламени с голубым ореолом:

2H₂S + 3O₂ —> 2Н₂O + 2S0_2↑ В результате сгорания возникает оксид серы (IV) или сернистый газ. Его легко определить по резкому запаху и по покраснению влажной голубой лакмусовой бумажки.

При недостаточном доступе кислорода сероводород окисляется только до серы. Активный уголь каталитически ускоряет этот процесс. Этим способом часто пользуются при тонкой очистке промышленных газов, содержание серы в которых не должно превышать 25 г/м³:

2H₂S + O₂ —> 2Н₂O + 2S

Нетрудно воспроизвести этот процесс. Схема установки изображена на рисунке. Главное заключается в том, чтобы пропустить через активный уголь воздух и сероводород в соотношении 1:3. На угле выделится желтая сера.

Активный уголь можно очистить от серы, промыв его в сероуглероде. В технике для этой щели применяют чаще всего раствор сульфида аммония (NH₄)₂S.

ДВА МЕТОДА ДЛЯ ОДНОГО ПРОДУКТА

Сера сгорает с появлением бледно-голубого пламени. При этом образуется бесцветный газ с резким запахом — оксид серы (IV) SO₂. Он ядовит и раздражает дыхательные пути, поэтому мы должны стараться не вдыхать его.

Эксперименты с сернистой кислотой

Оксид серы (IV) — сернистый газ — чрезвычайно хорошо растворяется в воде, в результате этого образуется сернистая кислота:

Н₂O + SO₂ —> H₂SO₃

Она убивает микробы и обладает отбеливающим действием. На пивоваренных и винодельческих заводах серой окуривают бочки. Сернистым газом отбеливают также корзины из ивовых прутьев, влажную шерсть, солому, хлопок и шелк. Пятна от черники, например, выводятся, если долгое время держать увлажненное загрязненное место в «парах» горящей серы.

Проверим отбеливающее действие сернистой кислоты. Для этого в цилиндр, где некоторое время горели кусочки серы, опустим различные окрашенные предметы (цветы, влажные кусочки ткани, влажную лакмусовую бумагу и т. д.), хорошо закроем цилиндр стеклянной пластинкой и некоторое время подождем.

Тот, кто когда-нибудь изучал атомное строение элементов, знает, что в атоме серы на внешней орбите имеется шесть так называемых валентных электронов. Поэтому сера максимально может быть в соединениях шестивалентной. Этой степени окисления соответствует оксид серы (VI) с формулой SO₃. Он является ангидридом серной кислоты:

Н₂O + SO₃ —> H₂SO₄

При сгорании серы в обычных условиях всегда получается оксид серы (IV). А если и образуется некоторое количество оксида серы (VI), то чаще всего он тотчас же разлагается под действием тепла на оксид серы (IV) и кислород:

_{нагревание}

2SO₃ — > SO₂ + O₂

При производстве серной кислоты главной проблемой является превращение SO₂ в SO₃. Для этой цели сейчас используются два способа: камерный (или улучшенный — башенный) и контактный.

Камерный способ

Заполним оксидом серы (IV) SO₂ большой сосуд (круглодонную колбу на 500 мл), поместив в него на некоторое время горящие кусочки серы или подведя газ из аппарата, где он образуется. Оксид серы (IV) можно также относительно легко получить, капая концентрированную серную кислоту в концентрированный раствор сульфита натрия Na₂SO₃. При этом серная кислота, как более сильная, вытеснит слабую кислоту из ее солей.

Когда колба заполнится газом, закроем ее пробкой с тремя отверстиями. В одно, как показано на рисунке, вставим согнутую под прямым углом стеклянную трубку, соединенную с боковым отводом пробирки, в которой при взаимодействии кусочков меди и азотной кислоты образуется оксид азота (IV):

4HNO₃ + Сu —> Сu(NO₃)₂ + 2Н₂O + 2NO_2↑

Концентрация кислоты должна составлять около 60 % (масс.).

Внимание! NO₂ — сильный яд!

В другое отверстие введем соединенную с пробиркой стеклянную трубку, через которую позже пойдет водяной пар.

В третье отверстие вставим короткий кусок трубки с бунзеновским клапаном — коротким куском резинового шланга с прорезью. Сначала создадим сильный приток в колбуоксида азота. (Осторожно! Яд!) Но реакция пока не идет. В колбе находится смесь коричневого NO₂ и бесцветного SO₂ Как только мы пропустим водяной пар, изменение окраски укажет на то, что реакция началась. Под действием водяного пара оксид азота (IV) окисляет оксид серы (IV) до оксида серы (VI), который тотчас же, взаимодействуя с водяным паром, превращается в серную кислоту:

2NO₂ + 2SO₂ = 2NO + 2SO₃

2NO + O₂ = 2NO₂

На дне колбы соберется бесцветный конденсат, а излишек газа и паров уйдет через бунзеновский клапан. Выльем бесцветную жидкость из колбы в пробирку, проверим кислую реакцию лакмусовой бумажкой и обнаружим сульфат-ионы SO₄^2- полученной серной кислоты, добавив раствор хлорида бария. Толстый белый осадок сульфата бария укажет нам на успешное проведение опыта.

По этому принципу, но в гораздо большем масштабе, получают серную кислоту в технике. Раньше реакционные камеры были футерованы свинцом, так как он устойчив при воздействии паров серной кислоты. В современных башенных установках применяют реакторы на керамической основе. Но большее количество серной кислоты производят сейчас по контактному способу.

Контактный способ

При производстве серной кислоты применяют различное сырье. Чистая сера стала применяться в ГДР только недавно. В большинстве случаев на предприятиях получают оксид серы (IV) обжигом сульфидных руд. Во вращающейся трубчатой печи или в многоярусной печи пирит взаимодействует с кислородом воздуха по следующему уравнению:

4FeS₂ + 11O₂ —> 2Fe₂O₃ + 8SO₂↑

Образующийся оксид железа (III) удаляется из печи в виде окалины и перерабатывается далее на предприятиях по получению чугуна.

Растолчем в ступке несколько кусочков пирита и поместим их в трубку из тугоплавкого стекла, которую закроем пробкой с отверстием. Затем горелкой сильно нагреем трубку, одновременно пропуская через нее воздух с помощью резиновой груши. Для того чтобы осела летучая пыль из обжигового газа, отведем его в пустой стеклянный сосуд, а из него — во вторую тугоплавкую трубку, в которой находится катализатор, нагретый до 400–500 °C. В технике чаще всего в качестве катализатора используют оксид ванадия (V) V₂O₅ или ванадат натрия NaVO₃, а мы для этой цели применим красный оксид железа (III) Fe₂O₃. Нанесем мелкоизмельченный оксид железа на стеклянную вату, через которую позже пойдет водяной пар.

Резиновый шланг с прорезью которую распределим в трубке слоем длиной 5 см. Трубку с катализатором нагреем до начала красного каления. На катализаторе оксид серы (IV) взаимодействует с кислородом воздуха; в результате образуется оксид серы (VI)

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

который мы различим по его способности образовывать туман во влажном воздухе. Соберем SO₃ в пустой колбе и, сильно встряхивая, смешаем с небольшим количеством воды. Получим серную кислоту — ее наличие докажем, как и в предыдущем способе.

Можно также поместить разделенные стеклянной ватой пирит и катализатор в одну из стеклянных трубок. Можно работать и в пробирке с боковым отводом. Положим на дно пробирки пирит, на него слой стеклянной ваты, а затем стеклянную вату с катализатором. Воздух введем сверху через трубку, которая должна подходить вплотную к катализатору. На боковом отводе укрепим согнутую под углом трубку, которая ведет в пробирку.

Если мет пирита, то в пробирке с боковым отводом получим оксид серы (IV) из сульфита или гидросульфита натрия и серной кислоты, и затем пропустим над катализатором полученный газ вместе с потоком воздуха или кислорода. В качестве катализатора можно применить также оксид хрома (III), который следует прокалить в железном тигле и тонко растолочь в ступке. Для этой же цели можно пропитать раствором сульфата железа (II) глиняный черепок и затем сильно прокалить его. На глине при этом образуется тонкий порошок оксида железа (III).

Кислота из гипса

Если сульфидов металлов мало (как, например, в ГДР), то исходными продуктами для получения серной кислоты могут служить ангидрит CaSО₄ и гипс CaSО₄*2H₂О. Метод получения оксида серы (IV) из этих продуктов был разработан Мюллером и Кюне еще 60 лет назад.

Способы получения серной кислоты из ангидрита будут иметь значение и в будущем, так как серная кислота является самым распространенным химическим продуктом. Установки для получения серной кислоты из гипса, производимые в ГДР, известны и ценятся на мировом рынке.

Сульфаты можно разложить, применяя высокую (до 2000 °C) температуру.

Мюллер установил, что температуру разложения сульфата кальция можно снизить до 1200 °C, если добавить тонкоизмельченный кокс. Сначала, при 900 °C, кокс восстанавливает сульфат кальция до сульфида, а тот в свою очередь при температуре 1200 °C взаимодействует с неразложившимся сульфатом; при этом образуется оксид серы (IV) и негашеная известь:

_900 °C

CaSО₄ + ЗС —> CaS + 2СО₂

_1200 °C

CaS + 3CaSО₄ —> 4CaO + 4SО₂

Разложить сульфат кальция в лабораторных условиях удастся только при применении соответствующей высокой температуры. Будем работать с аппаратурой, подобной той, какая была использована при обжиге пирита, только трубку для сгорания возьмем фарфоровую или железную. Закроем трубку пробками, обернутыми для теплоизоляции асбестовой тканью. В отверстие в первой пробке вставим капилляр, а во второй — простую стеклянную трубку, которую соединим с промывной склянкой, наполненной наполовину водой или раствором фуксина.

Реакционную смесь приготовим следующим образом. Растолчем и ступке 10 г гипса, 5 г каолина (продается в аптеке под названием «Bolus alba») и 1,5 г активного порошкообразного угля. Смесь высушим, нагревая некоторое время при 200 °C в фарфоровой чашке. После охлаждения (лучше всего в эксикаторе) внесем смесь в середину трубки для сжигания. При этом обратим внимание на то, чтобы она не заполнила все поперечное сечение трубки. Затем сильно нагреем трубку с помощью двух горелок (одна снизу, вторая наклонно сверху) и, когда трубка накалится, пропустим через всю систему не слишком сильный поток воздуха. Уже через 10 минут, благодаря образованию сернистой кислоты, раствор фуксина в промывной склянке обесцветится. Выключим водоструйный насос и прекратим нагревание.

Получить высокую температуру мы можем также, если обмотаем как можно плотнее фарфоровую трубку нагревательной спиралью на 750-1000 Вт (см. рисунок). Концы спирали соединим с толстой медной проволокой, которую также многократно обмотаем вокруг трубки, а затем изолируем с помощью фарфоровых бусинок и подведем к штекеру. (Осторожно при работе с напряжением 220 В!) Естественно, в качестве источника нагрева может пригодиться также стеклодувная горелка или паяльная лампа.

В технике работают со смесью ангидрита, кокса, глины, песка и колчеданного огарка Fе₂О₃. Червячный транспортер подает смесь в 70-метровую вращающуюся трубчатую печь, где сжигают пылевидный уголь. Температура в концевой части печи, в месте горения, составляет примерно 1400 °C. При этой температуре образующаяся в ходе реакции негашеная известь сплавляется с глиной, песком и колчеданным огарком, в результате получается цементный клинкер. Остывший клинкер размалывают и смешивают с несколькими процентами гипса. Получившийся в результате высококачественный портландцемент поступает в продажу. При тщательном проведении и контроле процесса из 100 т ангидрита (плюс глина, песок, кокс и колчеданный огарок) можно получить около 72 т серной кислоты и 62 т цементного клинкера.

Серную кислоту можно получать также из кизерита (сульфата магния MgSO₄*H₂O), который в значительных количествах поставляют соляные копи ГДР.

Для опыта воспользуемся такой же установкой, как и для разложения гипса, но трубку на этот раз возьмем из тугоплавкого стекла. Реакционную смесь получим, прокалив в фарфоровой чаше 5 г сульфата магния, а в железном тигле с крышкой — 0,5 г активного угля, и затем смешав их и растерев в ступке до пылеобразного состояния. Перенесем смесь в фарфоровую лодочку и поместим ее в реакционную трубку.

Белая масса, которая получится в конце опыта в фарфоровой лодочке, состоит из оксида магния. В технике его перерабатывают в цемент Сореля, являющийся основой для производства ксилолита.

Получение таких важных для строительной промышленности производных продуктов, как цементный клинкер и ксилолит, делает производство серной кислоты из местного сырья особенно экономичным. Переработка промежуточных и побочных продуктов в ценное сырье или конечные продукты является важным принципом химической промышленности.

Получим ксилолит

Смешаем равные части оксида магния и опилок с раствором хлорида магния и слой образовавшейся кашицы толщиной около 1 см нанесем на подложку. Через 24–48 ч масса затвердеет, как камень. Она не горит, ее можно сверлить, пилить и прибивать гвоздями. При строительстве домов ксилолит применяют как материал для полов. Древесное волокно, затвердевшее без заполнения промежутков с цементом Сореля (магнезиальным цементом), спрессованное и склеенное в плиты, используется в качестве легкого, тепло- и звуконепроницаемого строительного материала (плиты Гераклита).

ЦЕННЫЕ СИЛИКАТЫ

После того как мы рассмотрели природные хлориды и сульфаты в качестве основного сырья для химического производства, необходимо сказать немного о силикатах.

Кремний — второй по распространенности (после кислорода) элемент в литосфере нашей планеты (почти 28 %). Он встречается преимущественно в виде кремнекислых солей различных металлов, а также в форме чистого оксида (кварц SiO₂). Анионы силикатов могут иметь аналогично сульфатам простую формулу [SiО₄] однако, чаще всего встречаются сложные структуры, например, [Si₄O₁₂], (SiO₃)_n, (Si₂O₅)_n или (SiO₂)_n. Так, у полевого шпата альбита формула NaAl[Si₃O₈], а слоистый силикат каолин отвечает составу Al₄[S₁₄O₁₀](ОН)₈

К сожалению, химические опыты с силикатами проводить нелегко, так как получение или превращение силикатов происходит чаще всего при температурах выше 1400 °C. Силикаты зачастую представляют собой не кристаллическую, а стекловидную или спеченную керамическую массу. При этом группы молекул могут образовывать кольца или так называемые сетчатые структуры. Эти вещества при растворении не разрушаются. Практически их можно разрушить только фтористоводородной (плавиковой) кислотой, что создает большие трудности в аналитической химии силикатов. С другой стороны, силикатные материалы имеют огромное значение как строительное сырье, и производство цемента, стекол и керамики быстро увеличивается в соответствии со все возрастающим спросом на строительные материалы. В последнее время созданы новые виды материалов, например, пенобетоны и пеностекла.

Выделение кремневой кислоты из жидкого стекла

Имеющееся в продаже жидкое стекло представляет собой сиропообразный раствор силиката натрия. (Na₂Si₂O₃)_n или калия (K₂Si₂O₃)_n. В смеси с различными добавками, такими как глинозем, гипс или опилки его можно использовать для изготовления замазок. Оно находит широкое применение при получении огнеупорной краски и огнеупорных покрытий.

В пробирку с разбавленным наполовину жидким стеклом будем добавлять по капле соляную кислоту. Мы заметим появление густого белого осадка кремневой кислоты (H₂SiO₃)_n или ее ангидрида. По мере увеличения осадка частицы кремневой кислоты образуют структуру, в которой связывается вся оставшаяся вода. Наконец, при некоторой степени разбавления получается эластичный твердый гель кремневой кислоты.

В следующих опытах рассмотрим свойства силикагеля с различным содержанием воды. В маленькие пластмассовые чашечки (например, в крышки от баночек из-под лекарств), наполненные жидким стеклом с различной степенью разбавления, добавим по каплям соляную кислоту и размешаем полученную массу. Мы предлагаем читателю самому выбрать степень разведения исходного вещества в области от 1:100 до неразведенного жидкого стекла. Через некоторое время образуются более или менее вязкие составы, которые затем превратятся в эластичные студенистые или твердые массы геля кремневой кислоты. Здесь речь идет о тонком коллоидно-дисперсном распределении кремневой кислоты, которая полностью включила в свою структуру имеющуюся воду.

Свежий гель кремневой кислоты, в котором на молекулу SiO₂ приходится 300 молекул Н₂O, очень подвижен. Если же на молекулу SiO₂ приходится 30–40 молекул Н₂O, то гель твердый, и его можно резать ножом. После сушки при слабом нагревании в нем останется шесть молекул Н₂O на молекулу SiO₂, и гель можно размолоть до тонкодисперсного состояния. Разотрем такую пробу в ступке или размелем в старой кофемолке. Затем высушим порошок в фарфоровой чашке или тигле, нагревая на бунзеновской горелке. При этом образуется кремневый ксерогель (от греческого xeros — сушить). Это более или менее пористое вещество, имеющее очень большую удельную поверхность (до 800 м²/г), обладает сильной адсорбирующей способностью. Благодаря этому свойству сухой гель применяют для поглощения водяных паров из атмосферы. Его используют для осушения замкнутых объемов, например внутри упаковок ценных машин и аппаратов. В лабораториях патроны с силикагелем закладывают в кожуха аналитических весов; им заполняют башни для сушки газа. Чаще всего применяют так называемый голубой гель — с добавкой безводного хлорида кобальта (II) (См. раздел «Обнаруживаем кристаллизационную воду»). При потере способности к поглощению воды голубой гель окрашивается в розовый цвет. Мы можем сами получить голубой гель, если смешаем ксерогель с небольшим количеством тонкоизмельченного и хорошо высушенного хлорида кобальта (II).

Способность к поглощению воды проверим, поместив немного высушенного геля на часовом стекле во влажный воздух, например на кухне или на открытом воздухе. Станем взвешивать эту пробу сначала через короткие (10 минут) и затем через длительные интервалы времени. Если на листе миллиметровой бумаги построить графическую зависимость прироста массы от времени, то полученная кривая будет заканчиваться площадкой, соответствующей величине насыщения и указывающей на максимальную степень поглощения воды. Правда, при этом известную роль играет относительная влажность воздуха.

Цемент с наполнителем дает бетон

Бетон сейчас, несомненно, является важнейшим строительным материалом. Покрытия автострад, плиты, столбы, балки, конструкции современных жилых домов и промышленных построек выполнены большей частью из бетона. Бетонные смеси различаются плотностью, прочностью и теплоизоляционными свойствами. Объединяет их то, что они все состоят из цемента и через некоторое время после смешивания с водой затвердевают, поглощая влагу. В этом заключается важнейшее отличие бетона от классического известкового раствора, затвердевание которого происходит под влиянием угольной кислоты с выделением воды.

Высококачественный портландцемент получают, обжигая смесь известняка, глины или мергеля и железистых отходов, например доменных шлаков. Этот процесс протекает при температуре около 1450 °C в огромной (длиннее 100 м) вращающейся трубчатой печи. Важными компонентами портландцемента являются ди- и трехкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит. При затвердевании в результате реакции с водой образуются гидраты силикатов, которые аналогично силикатному гелю, описанному в предыдущем разделе, обволакивают наполнитель и способствуют образованию твердого как камень вещества.

После того, как мы провели уже ряд описанных в предыдущем разделе опытов с гелями, которые имеют различные прочностные свойства, зависящие от способа их получения, в особенности от добавки воды, можем проделать несколько простых опытов по затвердеванию бетона.

Сначала сделаем простую форму для получения цементных брусков. Для этого разделим плоскую сигарную коробку с помощью реек таким образом, чтобы получились одинаковые формы 1–2 см в сечении, а длина их будет равна длине коробки.

В отдельные зоны поместим следующие смеси: 1 часть портландцемента и 1, 3, 5 или 8 частей чистого песка; 1 часть портландцемента, 2 части песка и 2 части кирпичной крошки (измельчим кирпич); 1 часть портландцемента, 3 части песка и 2 кусочка стальной проволоки (старые вязальные спицы), которые нужно положить по возможности параллельно по обе стороны формы и постараться ввести их в бетон.

Перед заполнением форм добавим в смесь немного воды, чтобы получилась влажная, но рассыпчатая масса (как влажная земля). Этими смесями заполним формы и тщательно утрамбуем их деревянной палочкой. В течение следующих двух дней будем смачивать цемент водой из пульверизатора или лейки с мелкими отверстиями. Через два дня, постучав по форме, вытащим из нее застывшие пробы, положим их концы на края двух стульев, причем для большей точности подложим под бруски на равном расстоянии трехгранные напильники или другие имеющие грани металлические предметы. К середине бруска на прочной проволоке будем подвешивать груз, увеличивая его до тех пор, пока не появится излом. В другом опыте проверим прочность образцов при сжатии, ударяя по ним молотком или тонким зубилом.

Наконец мы можем при получении образцов варьировать добавку воды и степень увлажнения во время отверждения. При испытании окажется, что бетон, полученный из исходной смеси высокой влажности или не увлажнявшийся при отверждении, значительно уступает в прочности.

Тепло- и звукоизоляционный газо- или пенобетон получают, добавляя в вязкую бетонную массу порошок карбида алюминия или кальция. Если одновременно добавить поверхностно-активное вещество, например какое-нибудь моющее средство, то получающиеся пузырьки газа будут образовывать особенно тонкую пену.

Наряду с пенобетоном применение пеностекла и строительных частей из легких металлов и пластмасс открывает новые возможности, которые уже с успехом реализованы на опытных строительных объектах.

3. Металлы — основа техники

МЕТАЛЛЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

Почти все важнейшие части орудий производства, начиная с простейших механизмов и кончая сложными машинами, изготовлены из металлов. Хотя широко используемые в последнее время пластмассы частично заменяют металлы, производство металлов все время возрастает, и в будущем все равно главным образом из них будут изготовлять большинство промышленных установок, машины, моторы, электрическую проводку, котлы высокого давления и т. д.

Перечислим некоторые характерные свойства металлов: металлы можно отливать, ковать, вальцевать, вытягивать в проволоку, гнуть, сваривать, паять, обтачивать, сверлить, пилить, строгать.

Сплавляя металлы или вводя в них небольшие добавки неметаллов, можно получать материалы, отвечающие специальным требованиям. Инструменты для обработки металлов (токарные резцы, сверла, специальные пилы и т. д.) должны обладать повышенной твердостью, а листовые или винтовые рессоры, напротив, отличаться эластичностью и одновременно прочностью. От зубчатых колес, валов, болтов и гаек требуется особенная прочность на излом, от тросов и цепей — чрезвычайное сопротивление растяжению, а колбам, цилиндрам, котлам высокого давления приходится переносить высокую температуру, огромное давление и воздействие химически агрессивных веществ.

Без металлов не было бы электротехники. Хорошая проводимость электрического тока характерна для всех «настоящих металлов» и не присуща неметаллическим материалам.

Из более чем 90 химических элементов, встречающихся в природе, около 65 причисляют к металлам. Некоторые элементы, такие как сурьма или полупроводник германий, стоят на границе между металлами и неметаллами.

Еще 200 лет назад большая часть этих металлов не имела никакого технического значения. Довольствовались обычными, в основном легко получаемыми, металлами. Только с наступлением атомного века, при постройке сверхзвуковых самолетов и космических ракет, требования к металлическим материалам резко повысились. Уже в начале нашего века потребности авиационной промышленности привели к развитию производства легких металлов: алюминия и магния. Многочисленные изобретения сделали возможным создание установок для получения таких металлов, названия которых сравнительно недавно были известны немногим. Это прежде всего титан и цирконий, которые встречаются часто, но в основном рассеяны в горных породах и редко встречаются в виде чистых руд. Техническое значение приобрели также бериллий, гафний, индий, ниобий и другие экзотические металлы.

Уран и плутоний служат сегодня горючим для ядерных реакторов, в которых получают тонны трансуранового элемента плутония. Плутоний можно назвать искусственным элементом — в природе он практически не встречается. В результате ядерного расщепления 1 кг плутония выделяется примерно столько же энергии, как при сгорании 2500 т каменного угля или при взрыве такого же количества тринитротолуола!

Все миролюбивые силы в мире борются за проведение в жизнь предложения Советского Союза о нераспространении ядерного оружия и всеобщего и полного разоружения, за то, чтобы накопленные запасы плутония использовались только для получения ядерной энергии в мирных целях на благо человечества.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ

По экспериментальной химии металлов и их соединений можно было бы написать объемистую книгу. До сих пор, изучая с помощью несложных опытов некоторые свойства металлов и их солей, мы в лучшем случае могли сделать многосторонний, но несистематический и далеко не полный обзор. Теперь уделим особенное внимание распределению металлов по группам и важнейшим свойствам этих групп. Далее мы рассмотрим реакции, по которым можно установить наличие определенного металла в смеси веществ.

Для этих опытов нам понадобятся образцы чистых металлов или их сплавов, которые можно изготовить из старых металлических предметов. Токарная стружка и металлические опилки, остатки медной проволоки, старые никелевые и серебряные монеты, алюминиевая фольга и испорченные хромированные части велосипеда, цинковая пластинка из использованной батарейки для карманного фонарика, кусок старого водосточного желоба, свинец из аккумуляторной пластины или из остатка кабеля, оловянная фольга или оловянные фигурки, вольфрамовая нить накаливания из перегоревшей лампочки, молибденовый держатель нити накаливания или сетка использованной радиолампы, никелевый анод этой же лампы — вот некоторые, далеко не полные возможности для заготовки металлических образцов. Само собой разумеется нам потребуются очень небольшие количества дорогих цветных металлов, которые надо постараться извлечь из металлолома.

Наряду с этими образцами воспользуемся также соединениями металлов, которые можно приобрести, так же как и другие химикаты, в аптеке, хозяйственном магазине, в специализированном магазине реактивов и т. д.

В химии металлы классифицируют по их положению в периодической системе элементов — таблица помещена на внутренней стороне переплета (на форзаце). Практики, кроме того, подразделяют металлы на тяжелые и легкие, благородные и неблагородные, тугоплавкие и легкоплавкие, а также классифицируют их с других точек зрения.

Периодическая система состоит, как известно, из групп, которые в свою очередь включают в себя главные и побочные подгруппы элементов, обладающих схожими химическими свойствами, — в таблице они расположены друг под другом. В главной подгруппе первой группы находятся щелочные металлы — литий, калий, натрий, рубидий и цезий, а в побочной подгруппе первой группы — медь, серебро и золото. В главную подгруппу второй группы включены щелочноземельные металлы бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий, а в побочную — цинк, кадмий и ртуть. Третья группа начинается с неметалла бора, затем идут металлы, образующие «земли»: алюминий, скандий, иттрий, 15 редкоземельных элементов и радиоактивный актиний. В соответствующей побочной подгруппе находятся мало известные металлы галлий, индий и таллий. В главных подгруппах четвертой и пятой групп металлический характер обнаруживают только последние члены группы, а в главных подгруппах шестой, седьмой и восьмой групп находятся только неметаллы. Но элементы побочных подгрупп этих групп периодической системы являются металлами. Особенно важны так называемые переходные металлы побочной подгруппы восьмой группы, которые образуют три подгруппы. Здесь содержатся металлы подгруппы железа и платины.

Разделение на группы можно объяснить с помощью атомной теории, но здесь это было бы излишним. Рассмотрим свойства групп и отдельных металлов с помощью опытов.

ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ (ГЛАВНАЯ ПОДГРУППА I ГРУППЫ)

Щелочные металлы химически очень активны и бурно реагируют с водой, в результате чего образуются сильные основания. С солями щелочных металлов калия и натрия мы уже познакомились.

Аналитически обнаружить эти металлы сложно, так как они не образуют нерастворимых солей при взаимодействии с наиболее употребимыми кислотами, поэтому реакции осаждения возможны лишь со сложными реагентами. Не известны также характерные цветные реакции с простыми реагентами в нерастворенном или твердом состоянии. По окраске пламени натрием и калием их можно обнаружить качественно.

Обнаружение калия и натрия

В несветящемся пламени бунзеновской горелки будем держать палочки магнезии до тех пор, пока не исчезнет начальная окраска пламени. Затем нанесем на палочку чуть-чуть поваренной соли и опять поместим ее в пламя, которое окрасится в яркий желтый цвет. Так как окраска очень интенсивна, а натрий является почти непременной примесью в солях, всегда следует убедиться, сравнивая полученную окраску пламени с окраской пламени чистого соединения натрия, находится ли элемент в виде примеси или в виде основного компонента.

Калий окрашивает пламя в красно-фиолетовый цвет. Чтобы избавиться от мешающего желтого цвета, в который окрашивает пламя присутствующий тут же натрий, воспользуемся голубым фильтром (кобальтовым стеклом). Таким образом можно проверить содержание калия в некоторых солях.

При наличии небольшого количества солей лития можно наблюдать окрашивание этим элементом пламени в чудесный красный цвет.

МЕТАЛЛЫ ПОБОЧНОЙ ПОДГРУППЫ I ГРУППЫ

В противоположность щелочным металлам, медь, серебро и золото очень инертны. Они обладают незначительным сродством к кислороду, их оксиды очень легко восстанавливать и металлы встречаются в природе в элементарной форме (золото чаще всего). Благородный характер металлов усиливается от меди к серебру, а от него — к золоту. Для остальных побочных групп периодической системы также существует правило, что с увеличением порядкового номера элемента убывает его активность. Разбавленными кислотами металлы побочной подгруппы 1 группы не разрушаются. Но медь и серебро растворяются в сильной азотной кислоте, а золото в царской водке (смесь одной объемной части азотной и трех частей соляной кислоты).

Общими свойствами щелочных металлов и металлов подгруппы меди являются их одновалентность во многих соединениях, а также отличная электропроводность. Правда, иногда медь и серебро могут быть двухвалентными, а золото может образовывать даже трехвалентные соединения.

Некоторые свойства и характерные реакции рассматриваемых металлов изучим в следующих опытах.

Окисление и восстановление меди

В несветящееся пламя бунзеновской горелки внесем пинцетом кусочек медной проволоки. Медь начнет интенсивно окисляться: сначала на поверхности появятся цвета побежалости, затем медь окрасится в черный цвет, так как образуется слой оксида меди (II) СuО. При обычной температуре очень быстро возникает слой красного оксида меди (1) Сu₂O, который постоянно существует на поверхности.

Если внести окисленную медь в восстановительную зону пламени бунзеновской горелки (верхняя часть конуса), то оксид восстановится водородом, и мы увидим, что чистый металл красного цвета.

Летучие соединения меди окрашивают пламя в зеленый цвет. В этом мы убедимся, если погрузим медную проволоку в соляную кислоту и затем внесем ее в несветящуюся часть пламени. В этом случае образуется некоторое количество летучего хлорида меди СuС₁₂, который и окрашивает пламя,

Тонкая медная проволока плавится в несветящемся пламени бунзеновской горелки при 1084 °C. Чтобы нагреть больший кусок меди до этой температуры, нужно применить стеклодувную горелку.

Любую соль меди можно легко восстановить до металлической меди, если расплавить ее с содой на древесном угле с помощью паяльной трубки. Смешаем очень малое количество безводного сульфата меди с безводной содой в соотношении 1:3 и внесем смесь в углубление на кусочке древесного угля. (Обе соли высушим, прокаливая, содержащие воду кристаллы в пробирках из тугоплавкого стекла или в фарфоровых тиглях на пламени бунзеновской горелки.) Затем направим на смесь восстановительное пламя паяльной лампы. Через некоторое время охладим смесь и обнаружим в углублении красные крупинки металлической меди.

Обнаружение меди в сплавах

На присутствие меди укажет уже окраска. Если у сплава красный или желтый оттенок, вероятно, в нем имеется медь. Правда, например, сплавы меди с серебром даже при высоком содержании меди имеют серебристый цвет. Старые, так называемые серебряные монеты содержат от 10 до 75 % меди! Предварительную пробу проведем, капнув на металл азотной кислотой. На присутствие меди укажет появляющаяся чаще всего после высыхания зеленая кромка нитрата меди (похожую реакцию дает никель). Исследуем полученное соединение с помощью перла буры. Для этого нагреем палочку магнезии в несветящемся пламени и горячей погрузим ее в буру. Прилипнувшая соль сплавится, в результате получится стекловидный шарик. Этот шарик в горячем состоянии положим на след соединения меди, например, на кромку нитрата, образовавшегося в предыдущем опыте. После нагревания в окислительном пламени перл буры окрасится в зеленый цвет, который при охлаждении изменится на голубой. Соединение никеля в этом случае окрасит буру в коричневый цвет.

Наконец, растворим немного металла в азотной кислоте. Как при всех аналитических реакциях, будем применять как можно меньшее количество вещества. Вполне достаточно будет кусочка, величиной с булавочную головку.

Зальем в пробирке металл азотной кислотой. Он растворится с образованием ядовитых красно-коричневых паров оксида азота. Поэтому будем проводить опыт обязательно на открытом воздухе или под тягой.

Если раствор окрасится в голубовато-зеленый цвет, то, вероятно, в сплаве присутствует медь. Чтобы убедиться в этом наверняка, разбавим раствор дистиллированной водой и разделим его. К первой порции добавим по каплям гидроксид аммония (нашатырный спирт). Если в сплаве присутствует медь, то сначала выпадет в осадок гидроксид меди Сu(ОН)₂, который при добавлении избытка гидроксида аммония растворится, окрасив раствор в темно-синий цвет. При быстром добавлении нашатырного спирта осадок не выпадает, а сразу наблюдается синяя окраска:

Cu²⁺ + 2NH₄OH —> Сu(ОН)₂ + 2NH₄⁺

Сu(ОН)₂ + 4NH₄OH —> [Cu(NH₃)₄](OН)₂+ 4Н₂O

В результате этой реакции образуется гидроксидтетраммин меди (II). Это пример комплексного соединения. Для того чтобы понять его строение, представим себе, что четыре группы NH₃ располагаются вокруг иона меди и образуют вместе с ним один большой катион, который в свою очередь связан с ионами гидроксида.

Такие комплексы могут быть очень устойчивы. Если в растворе присутствует медь, то она не даст осадка при взаимодействии с NaOH, но при добавлении сероводородной воды выпадет в осадок черно-коричневый сульфид меди.

Ко второй порции растворенной металлической пробы добавим немного раствора желтой кровяной соли (гексациано-(II)феррат калия). (Осторожно! Яд!) Если выпадет красно-коричневый осадок, то наличие меди будет доказано.

Прежде чем проводить все аналитические реакции обнаружения, следует поставить вопрос, достаточно ли они отчетливы.

Например, если в растворе содержится ион никеля, то при добавлении аммиака будет наблюдаться такая же окраска раствора, которая образуется при наличии меди, а в присутствии железа, напротив, обе пробы могут быть неотчетливо выражены. Поэтому для точного определения меди необходим совпадающий результат всех предварительных проб и реакций.

Если же в растворе имеются ионы железа, то иногда металлы следует химически разделить.

Укажем также на то, что соли меди ядовиты (как большинство солей тяжелых металлов). Раствор сульфата меди, например, действует как рвотное средство.

Опыты с серебром

Мы часто использовали раствор нитрата серебра для определения соляной кислоты или хлоридов. Так как нитрат серебра нелегко достать, то получим небольшое количество его, растворив кусочек старого серебряного предмета (серебряной монеты, обломка ложки, украшения или цепочки). Серебряные предметы, однако, состоят не из чистого металла, а из сплавов, которые часто содержат в качестве второго компонента медь. Она придает металлу большую твердость, а при высоком содержании способствует растягиванию. Чтобы получить чистый нитрат серебра, необходимо разделить оба металла.

Сначала растворим наш металл в чистой азотной кислоте, разбавленной водой в соотношении 1:1. При этом выделяется большое количество оксидов азота. (Опыт проводить только под тягой или на открытом воздухе. Газы не вдыхать!) При замедлении реакции слегка подогреем раствор для полного растворения. Благодаря наличию меди раствор окрасится в сине-зеленый цвет. Готовый раствор разбавим троекратным количеством дистиллированной воды и отфильтруем в химический стакан.

Тем временем приготовим крепкий раствор поваренной соли в дистиллированной воде и будем добавлять его к азотнокислому раствору металла до тех пор, пока не перестанут образовываться хлопья осадка. Далее в течение 10 минут будем нагревать жидкость на водяной бане, при этом очень тонкий осадок укрупнится и выпадут большие хлопья. Эти хлопья состоят из хлорида серебра, растворимость которого равна 1,5 мг на литр воды. Отфильтровав, отделим осадок от содержащего медь раствора и многократно промоем его теплой водой. Последние промывные воды не должны давать голубого окрашивания при взаимодействии с аммиаком!

Теперь восстановим хлорид серебра до чистого металлического серебра. Поместим осадок вместе с вдвое большим (по массе) количеством кусочков цинка или алюминия в химический стакан и зальем разбавленной (10 %-ной) соляной кислотой. Цинк или алюминий растворятся с выделением водорода, причем одновременно хлорид серебра восстановится до серебра — серого металлического порошка. Этот порошок отфильтруем и растворим (на открытом воздухе или под тягой) в чистой азотной кислоте. Последняя ни в коем случае не должна содержать соляной кислоты, иначе снова образуется хлорид серебра. Разбавим раствор дистиллированной водой и выпарим, в результате получится твердый нитрат серебра. Можно сохранить и азотнокислый раствор и применять его как реагент. Для всех реакций обнаружения применяются сильноразбавленные растворы, но использовать для разбавления следует только дистиллированную воду, так как водопроводная вода содержит следы хлоридов и дает с раствором нитрата серебра помутнение (проверить!).

Твердый нитрат серебра и его концентрированные растворы очень едкие; поэтому соль раньше называли адским камнем. Крепкие растворы оставляют на коже черные пятна, которые очень трудно удалить, они возникают в результате восстановления соли до тонкодисперсного серебра. С небольшой частью раствора нитрата серебра проведем следующую реакцию.

При добавлении раствора соляной кислоты или хлорида натрия опять выпадут творожистые хлопья хлорида серебра. Эта реакция служит для обнаружения серебра или хлорид-ионов. Кроме серебра нерастворимые или труднорастворимые хлориды образуют ртуть и свинец. Серебро можно идентифицировать, добавив избыток нашатырного спирта. Хлорид серебра при этом полностью растворяется с образованием комплексного диамминохлорида серебра, в то время как осадки хлоридов ртути и свинца остаются неизменными.

К другой части раствора нитрата серебра добавим несколько миллилитров раствора бихромата калия. Если раствор имеет кислую реакцию, сначала нейтрализуем его разбавленным раствором щелочи (NaOH). Выпадающий красно-коричневый осадок хромата серебра, также может служить для обнаружения серебра.

Чтобы обнаружить серебро в любом металлическом изделии, спилим на незаметном месте небольшое количество металла и растворим его в чистой азотной кислоте (без примеси соляной кислоты). Если при этом выпадет осадок или раствор помутнеет, то либо азотная кислота была загрязнена, либо в пробе присутствовали олово, сурьма или висмут. С раствором проведем обе описанные выше реакции обнаружения.

Так же как при идентификации меди, обнаружению мешает одновременное присутствие в пробе некоторых металлов. Если, например, проба содержит свинец, ртуть, алюминий или цинк, то осадок хлорида серебра растворяется в аммиаке не полностью. Аналитик должен тогда провести химическое разделение.

При добавлении сероводородной воды из растворов солей серебра выпадает в осадок черный сульфид серебра. Он образуется также, если серебро находится в атмосфере, содержащей следы соединений серы. Это бывает, например, в воздухе промышленных местностей или на кухне, где горит газовая плита. Серебряные предметы со временем покрываются коричневым или черным налетом. Его можно удалить разбавленными кислотами, нашатырным спиртом или имеющимся в продаже средством для чистки серебра.

Основной процесс фотографии

В умеренно темном помещении осадим некоторое количество хлорида серебра из раствора, слегка подогреем его, чтобы осадок уплотнился, и отфильтруем, причем шпателем распределим хлорид серебра на фильтре по возможности равномерно. Или можно смешать суспензию хлорида серебра с раствором желатины и намазать кашицу на гладкий картон или стеклянную пластинку. Положим на фильтр или на пластину кусок черной бумаги, который затемнит часть покрытия, и выставим на некоторое время (около 1 часа) на солнечный свет. Затем осмотрим слой в умеренно темном помещении. В тех местах, куда попадал свет, соль приобрела фиолетовую окраску. Под воздействием света некоторое количество хлорида серебра разложилось и образовались зародыши элементарного серебра.

Во втором опыте добавим к некоторому количеству хлорида серебра раствор тиосульфата натрия Na₂S₂0₃. Осадок быстро растворится, при этом образуется комплексная соль:

AgCl + 2Na₂S₂O₃ —> Na₃[Ag(S₂O₃)₂] + NaCl

В фотографии хлорид серебра используют главным образом для светочувствительной бумаги. Пленки и фотопластинки покрыты бромидом и иодидом серебра, так как эти соли обладают большей светочувствительностью, чем хлорид серебра. Экспонированные слои обрабатывают восстановителями (проявитель). При этом в местах, подвергшихся воздействию света, где уже образовались зародыши металла, протекает дальнейшее восстановление до металлического серебра. Избыточная соль серебра растворяется в растворе тиосульфата натрия (фиксаж). Изображение после этого остается устойчивым при воздействии света.

Серебро с нескольких проявленных фотопластинок можно растворить небольшим количеством разбавленной азотной кислоты и затем обнаружить его в растворе, как было описано выше.

Пробирное искусство

Для быстрого определения подлинности золотых и серебряных изделий проводят так называемую пробу на выдержку. Прежде всего с предмета (в незаметном месте) снимем тончайший слой золотого или серебряного покрытия (Для этого достаточно один раз провести по предмету надфилем. Прим. ред.). Затем проведем этим местом по тонкому камню для пробы на золото, на котором останется металлическая полоска. В качестве пробного камня используется разновидность черного сланца. Но можно взять и кусок обыкновенного сланца (только очистим его азотной кислотой) или обломок фарфора, хотя на нем штрихи видны не так отчетливо.

Для определения серебра приготовим пробирнуюкислоту из 1 части чистой азотной кислоты и 1 части бихромата калия. Если испытуемый материал содержит больше 0,3 серебра, то смоченное кислотой место окрасится в красный цвет, так как образуется хромат серебра. При известном навыке по оттенку цвета можно установить приблизительное содержание серебра.

Чтобы идентифицировать золото, смочим исследуемую пробу 30 %-ным раствором азотной кислоты. Если металл не растворится, то это укажет на наличие золота; латунь или бронза растворяются в кислоте. Более точно установить содержание золота можно, используя растворы кислоты различной концентрации.

Если смочить золотые предметы раствором нитрата серебра, то они не изменятся, в то время как на латуни и других неблагородных металлах выделится серебро.

Крупные золотые предметы можно узнать также по их большой массе, так как плотность золота 19,3 г/см³, что в 2,5 раза больше плотности латуни,

ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ (ГЛАВНАЯ ПОДГРУППА II ГРУППЫ)

Среди элементов этой подгруппы только магний и кальций имеют большое значение. В то время как металлический кальций бурно реагирует с влагой воздуха и с водой, магний покрыт пленкой оксида, которая защищает его от дальнейшего разрушения. С помощью подходящих добавок можно еще более повысить устойчивость магния. Благодаря этому свойству его используют в сплавах, из которых изготовляют изделия, работающие в тяжелых погодных условиях (несущие поверхности самолетов и т. д.), а также корпуса двигателей сгорания. Важнейшие сплавы магния известны под названием электрон. Так называют группу сплавов, которые содержат около 90 % магния и различное количество добавок марганца, алюминия, цинка или других компонентов. Тонкими полосками такого сплава можно пользоваться в большинстве опытов наряду с чистым металлом.

Свойства и обнаружение магния

Кусочек ленты магния или стружку электрона с помощью тигельных щипцов осторожно поместим в пламя бунзеновской горелки. При температуре выше 500 °C металл воспламенится и сгорит с появлением очень яркого белого пламени. (Защитим глаза темными очками или темными стеклами.) При этом образуется тонкодисперсный оксид магния, который некоторое время будет в виде белого тумана висеть в воздухе, а позже осядет вокруг.

Можно получить безопасную вспышку магния, если немного порошка магния поместить в открытый конец стеклянной трубки длиной не менее 60 см, а затем быстро ввести его в несветящееся пламя бунзеновской горелки, дунув в другой конец этой трубки. При этом предметы отбросят четкую тень на освещенные солнцем поверхности, доказав таким образом чрезвычайную яркость магниевого пламени. Она обусловлена высокой (более 2000 °C) температурой сгорания магния, при которой интенсивно светится образовавшийся оксид магния. Высокая температура, в свою очередь, объясняется недостатком газообразных продуктов сгорания, которые обычно быстро рассеивают тепло при других подобных процессах.

Магний очень бурно реагирует с твердыми окислителями, как это видно из следующего опыта.

Разотрем в ступке кусочек перманганата калия величиной с горошину и насыплем порошок на лист бумаги. Потом смешаем его с полуторным (по объему) количеством магниевого порошка. Хотя эта смесь не очень чувствительна к удару (в противоположность смесям порошка магния с другими окислителями), будем из осторожности перемешивать ее гусиным пером. Готовую смесь поместим в пакетик, который закроем, загнув бумагу. Разожжем на открытом воздухе в безопасном месте (!) небольшой костер из бумаги и хвороста и внесем в пламя пакетик, привязанный к концу палки длиной 2 м. Через некоторое время последует глухой взрыв. (При опыте необходимо надеть защитные очки. Указанные количества ни в коем случае не превышать!) Через некоторое время, если имеется влага, например снег, вокруг костра появится фиолетовое пятно — это разбрызгивался перманганат калия. Мы должны категорически предостеречь от приготовления других взрывоопасных смесей на свой страх и риск. Легкомысленное проведение взрывов не имеет ничего общего с серьезными химическими опытами.

Предметы из сплава электрон можно отличать по матовому серому цвету и легкости. Для определения плотности металла погрузим изделие в мерный цилиндр, частично наполненный водой, и по разности положений воды определим его объем. Плотность получим, разделив массу предмета на его объем. Она составит для чистого магния только 1,74 г/см³, а для алюминия, например, 2,7 г/см³, то есть примерно на 40 % больше.

Теперь приготовим немного опилок магния и проведем с ними предварительную пробу в пламени.

Для химического обнаружения магния растворим очень небольшой его кусочек в соляной кислоте. Разбавим раствор равным количеством воды и для нейтрализации частями добавим концентрированный раствор гидроксида аммония. При этом образуется плотный туман хлорида аммония. Если возникает осадок, добавим немного концентрированного раствора хлорида аммония. Ежели после этого осадок не растворится, значит он содержит другой металл и осадок следует отфильтровать. В чистый фильтрат добавим концентрированный раствор гидрофосфата натрия, который приготовим заранее. Если в фильтрате находится магний, то тотчас или через некоторое время выпадет белый осадок двойного фосфата магния — аммония. Если же раствор в течение нескольких часов останется чистым, значит проба не содержит магния, но нужно проверить, правильно ли были соблюдены условия опыта, добавив для контроля в раствор немного соли магния.

Обнаружение кальция

Кальций в природе встречается в виде соединений. Для обнаружения кальция к водному раствору вещества добавляют некоторое количество раствора оксалата аммония или другой соли щавелевой кислоты. (Осторожно! Щавелевая кислота и ее соли ядовиты!) При этом выпадет белый осадок оксалата кальция, который не растворяется в уксусной кислоте. Если на соединение, содержащее кальций, капнуть соляной кислоты и внести его в пламя, то оно окрасится в кирпичный цвет. Ученые с помощью спектрометра обнаруживают двойную красную и зеленую спектральные линии.

МЕТАЛЛЫ ПОБОЧНОЙ ПОДГРУППЫ II ГРУППЫ

Из металлов побочной подгруппы II группы рассмотрим здесь только цинк. Хотя цинк активнее железа, он обладает большей стойкостью в атмосфере, так как покрыт защитной пленкой. Но цинк очень легко растворяется в разбавленных кислотах. Плотность цинка 7 г/см³, плавится он при температуре 419 °C, а кипит при 906 °C, то есть может испариться уже в пламени бунзеновской горелки. Раньше из цинка изготавливали водосточные кровельные желобы, бачки для воды, ванны и т. д. Сейчас он почти полностью вытеснен из этих областей потребления, но по-прежнему применяется для изготовления литых изделий. Так, ручки дверей и детали отделки легковых автомашин (например, «Вартбург») представляют собой никелированные цинковые литые изделия. Кроме того, цинк применяют для изготовления металлических электродов сухих элементов в батарейках карманных фонариков и анодных батареях. Из его сплавов наиболее известна латунь, которая наряду с медью содержит 18–50 % цинка. Наконец, необходимо упомянуть об оксиде цинка, который широко используется как краска (цинковые белила).

Опыты с цинком

Нагреем немного цинка на древесном угле в окислительном пламени паяльной лампы. Металл расплавится и при высокой температуре начнет испаряться.

Одновременно, однако, он будет сгорать с появлением голубовато-белого пламени. На поверхности около пламени выпадет оксид цинка; в нагретом состоянии он желтого цвета, а в холодном — белый.

Для проведения пробы на цинк растворим кусочек металла в соляной кислоте, разбавим ее и нейтрализуем раствором едкого натра, который осторожно добавим по частям. Выпадает студенистый осадок гидроксида цинка Zn(OH)₂, который растворяется в избытке щелочи. При этом образуется цинкат натрия Na[Zn(OH)₃]. Это соединение можно рассматривать как натриевую соль цинковой кислоты. С другой стороны, цинк при взаимодействии с кислотами образует соли, в которых выступает в качестве катиона. То есть, в соединениях он может быть не только катионом, но и анионом, и образовывать, соответственно, кислоты и основания.

Если к осадку гидроксида цинка добавить разбавленной соляной кислоты, то он растворится в ней, при этом образуется хлорид цинка. Гидроксиды с таким двойственным характером называются амфотерными. Похожим образом ведет себя, например, гидроксид алюминия.

Для обнаружения цинка осадим гидроксид цинка едким натром из раствора, содержащего цинк, отфильтруем осадок и накалим его с помощью паяльной лампы на кусочке угля, добавив несколько капель очень сильно (!) разбавленного раствора хлорида или нитрата кобальта. Цинк обнаружится по зеленому окрашиванию пламени, которое вызовет образующийся смешанный оксид цинка — кобальта (зелень Ринманна).

Этот опыт можно провести проще. К исследуемому раствору добавим несколько капель раствора соли кобальта. Затем окунем в него полоску фильтровальной бумаги, подождем, пока впитавшийся раствор высохнет, сожжем полоску в несветящемся пламени бунзеновской горелки и прокалим золу. При наличии цинка также появится зеленая окраска. При этих схемах определений возможны помехи, если присутствуют некоторые другие элементы. Так алюминий с кобальтом дают голубой цвет, который иногда мешает определению зеленой окраски присутствующего одновременно цинка.

МЕТАЛЛЫ ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ III ГРУППЫ

Здесь стоит остановиться на алюминии, так как он (кроме неметалла бора) единственный доступный нам среди 19 металлов этой группы. Особенность третьей группы заключается в наличии 15 редкоземельных металлов, которые помещаются в одной клетке периодической системы. Так как они обладают очень близкими свойствами, их определение представляет для аналитиков серьезную трудность. Металлы подгруппы алюминия в своих соединениях чаще всего трехвалентны, химически они довольно активны, но защищены оксидной пленкой от воздействия кислорода или других агрессивных сред.

Алюминий — важнейший легкий металл

Поместим полоску листового алюминия или кусочек алюминиевой проволоки в несветящуюся часть пламени бунзеновской горелки. Металл покроется плотным слоем оксида алюминия Аl₂Oз. Чистый алюминий плавится при 658 °C, однако в данном случае этого не произойдет, так как он защищен пленкой оксида.

Оксид алюминия плавится при 2700 °C в кислородно-водородной горелке или в электрической дуге. Переплавленный оксид алюминия обладает большой твердостью. Его используют в качестве синтетического корунда при производстве камней для часов. Загрязненный корунд применяется в качестве абразива (наждак). Драгоценные камни — рубин и сапфир — состоят из оксида алюминия со следами красящих добавок (оксидов хрома, кобальта и титана). Сейчас их получают синтетически.

Оксид алюминия можно получить в виде серовато-белого порошка, если кусок алюминиевой фольги (серебряной бумаги) подержать в пламени. Фольга полностью окислится. Если тонкий порошок алюминия (он продается в качестве серебряной и золотой краски) распылить в пламени, то он воспламенится и образует искры.

Чтобы расплавить металл, положим кусочек алюминия в маленький фарфоровый тигель, который закроем крышкой для уменьшения окисления. Нагреем его на самом сильном пламени бунзеновской горелки или, лучше, в тигельной печи, описание которой дано на стр. 93. Если при застывании энергично размешать расплавленный металл железной проволокой, то образуется алюминиевая крупка, которая применяется в металлургии.

Для обнаружения алюминия растворим небольшое количество исследуемого металла. Однако сделать это не так-то просто, потому что всегда присутствующая на поверхности пленка оксида защищает металл от дальнейшего разрушения разбавленными кислотами. Даже концентрированная азотная кислота (в которой растворяется большинство металлов) почти не разрушает алюминий, так как защитная способность пленки оксида под ее окисляющим действием еще усиливается. (Проверьте!) Если мы зальем алюминиевые опилки концентрированной соляной кислотой, то сначала не заметим никакой реакции. Только через некоторое время металл начнет растворяться с образованием хлорида алюминия и выделением водорода. Так как реакция экзотермична, смесь нагревается, причем растворение усиливается. Содержимое стакана может, наконец, закипеть и вспениться.

Осторожно! Применять только небольшие количества! Так как кислота может выплеснуться, надо держаться на расстоянии и надеть защитные очки!

Разбавим полученный раствор и проведем с ним несколько реакций. При добавлении в него разбавленного раствора едкого натра в осадок выпадает студенистый бесцветный гидроксид алюминия:

АlСl₃ + 3NaOH —> 3NaCl + Аl(OН)₃

При дальнейшем добавлении концентрированного раствора едкого натра образуется растворимый алюминат натрия:

Аl(ОН)₃ + 3NaOH —> Na₃[Al(OH)₆]

Нашатырный спирт также осаждает гидроксид алюминия, однако в избытке нашатырного спирта осадок не растворяется, в то время как гидроксид цинка растворяется с образованием комплексного соединения.

Отфильтруем немного гидроксида алюминия. Высушим фильтр с осадком и затем нагреем на угле в пламени паяльной лампы. При этом гидроксид алюминия отщепляет воду и переходит в оксид, который при нагревании дает яркое белое свечение. Охладим его немного и смочим несколькими каплями сильно разбавленного раствора соли кобальта. Если после этого прокалить оксид еще некоторое время паяльной лампой, масса окрасится в голубой цвет в результате образования алюмината кобальта (тенардовой сини).

Как и при обнаружении цинка, мы можем добавить нитрат или хлорид кобальта непосредственно в раствор, затем намочить полоску фильтровальной бумаги в полученном растворе и сильно прокалить золу, полученную при ее сжигании. Тот, кто вопреки указаниям будет использовать писчую бумагу, получит почти во всех случаях положительный результат, так как соединения алюминия применяют для пропитки бумаги.

ГРУППА УГЛЕРОДА (ГЛАВНАЯ ПОДГРУППА IV ГРУППЫ)

Чтобы не исключать из рассмотрения все редкие элементы, проведем несколько опытов с полупроводником германием. Германий стоит на границе между металлами и неметаллами. Он является полупроводником, и это свойство обуславливает его сегодняшнее широкое применение. Небольшие, специально обработанные кусочки германия используются в диодах для выпрямления электрического тока и в транзисторах в качестве усилителей тока и напряжения. Для опытов возьмем два или испорченных германиевых диода или транзистор из негодного радиоприемника. Так как в последнее время в полупроводниковых элементах стали использовать неметалл кремний, необходимо посоветоваться со специалистом и убедиться, что ваша проба действительно содержит германий. Осторожно вскроем клещами оболочку элемента. В глубине мы увидим блестящий кристаллик германия. Извлечем его тонкой отверткой. С одним или несколькими такими кристаллами проведем следующие реакции.

Опустим германий в пробирку с 5–8 мл 3 %-ного раствора пероксида водорода, в который добавим несколько капель гидроксида аммония и за несколько минут доведем раствор до кипения. Германий быстро растворится, причем образуется, в основном, оксид германия (IV) GeO₂.

Раствор разделим на три части. К первой порции осторожно добавим несколько капель азотной кислоты (до появления отчетливой кислой реакции). Затем вольем 5 %-ный раствор молибдата аммония и будем нагревать в течение нескольких минут. В результате образуется германиевомолибденовая кислота лимонно-желтого цвета. Мешает этой реакции присутствие большого количества селена, мышьяка, фтора или органических кислот.

Другую часть раствора, содержащего германий, подкислим соляной кислотой и подействуем на раствор сероводородной водой. (Осторожно! Яд!) В противоположность другим элементам, в сильнокислом растворе выпадает белый осадок сульфида германия или наблюдается помутнение раствора в результате образования тонкодисперсного сульфида.

Третью пробу прежде всего нейтрализуем разбавленной уксусной кислотой. После этого будем добавлять соляную кислоту до тех пор, пока величина pH не достигнет значения между 4 и 5, в чем убедимся с помощью универсальной индикаторной бумаги (pH — водородный показатель, равный отрицательному логарифму концентрации ионов водорода. Нейтральной среде (чистой воде) соответствует pH = 7. Большей кислотности среды соответствует меньшая величина pH. — Прим. перев.). Если мы добавили слишком много кислоты, прибавим немного гидроксида аммония для частичной нейтрализации.

Далее приготовим раствор из 1 г таннина (природного продукта, применяемого для дубления) в 10 мл горячей воды. При взаимодействии растворов, содержащих германий и таннин, выпадает коричневато-белый осадок. Эта реакция очень чувствительна и, что еще важней, при соблюдении определенных условий специфична для данного элемента.

Наверное, у многих читателей возникнет вопрос, каким образом пришли к использованию столь разнообразных препаратов.

Химики должны неустанно и как можно более полно исследовать свойства и реакции различных веществ. В ходе тысяч дипломных, диссертационных и других исследовательских работ изучается поведение элементов и соединений по отношению к различным реагентам. Реакции обнаружения почти всегда являются результатом длинного ряда опытов, в котором только один приносит счастливый результат. Полученные данные собраны в изданном на немецком языке «Справочнике по неорганической химии» Гмелина. Доказательством разнообразия исследований служит тот факт, что такому малоизвестному элементу, как германий, посвящены в этом справочнике два тома. Первый, изданный в 1931 г., содержит 62 страницы убористого шрифта, а второй, дополнительный том, появившийся в 1958 г., — уже 576 страниц! Трудно представить, сколько будет опубликовано материала о германии в 2000 г.

Олово — необходимый, но редкий элемент

Олово известно людям с давних времен, когда начинала развиваться металлургия, так как бронза, которая дала название целой эпохе развития человечества, является сплавом меди и олова. Несмотря на это, олово довольно редкий элемент. Его доля в земной коре оценивается только в тысячную часть процента (как и для германия). Правда, олово не рассеяно в горных породах, а встречается в рудах с большим содержанием металла, которые образуют прожилки в породах. Например, в Рудных горах в Саксонии олово широко добывалось еще в средние века.

Олово сейчас — ценнейший цветной металл, с которым необходимо обходиться очень бережно. Если раньше металл тратили на изготовление монет, фигурок, кубков, кувшинов и другой посуды, а также вплоть до нашего времени из него получали станиоль для закупоривания винных бутылок, то теперь олово чаще всего употребляют в виде покрытия на тон ком листовом железе (белая жесть) или (в сплаве со свинцом, цинком или кадмием) в качестве припоя.

Имея кусочек чистого олова, можно изучить свойства металла. Если нагревать его в тигле, то при 200 °C в результате изменения внутренней структуры металла он превратится в серый порошок. Чистый металл плавится уже при 232 °C. Расплавим немного олова в тигле и в подходящей форме (стеклянной трубке или деревянном лотке) отольем из него палочку. При сгибании оловянной палочки мы услышим хрустящий звук — «крик олова».

Благодаря очень тонкой поверхностной пленке оксида олово довольно устойчиво на воздухе и сохраняет свой матовый, светло-серебристый металлический блеск. При нагревании расплавленного олова на воздухе постепенно образуется оксид олова. Смешанные с содой или углем соединения олова можно с помощью паяльной трубки восстановить до металла, который образуется в виде маленьких шариков.

Для обнаружения олова растворим металлическую пробу в нескольких миллилитрах азотной кислоты, которую разбавим равным количеством воды. При легком нагревании металл растворится. Осторожно! Опыт проводить только под тягой или на открытом воздухе из-за выделения ядовитого оксида азота!

При наличии олова растворение не будет полным, а появится осадок или помутнение, которые вызваны образованием нерастворимой Р-оловянной кислоты.

ГРУППА АЗОТА (ГЛАВНАЯ ПОДГРУППА V ГРУППЫ)

В главной подгруппе V группы два элемента обнаруживают как неметаллические, так и металлические свойства. Это сурьма и висмут. Их применяют в небольших количествах в качестве добавок к сплавам. Сульфид сурьмы содержится в горючих составах для спичек. Соединения висмута и сурьмы используются в медицине: например, бинты для перевязки ожога, мазь и порошок от ожога содержат нитрат висмута. Висмут является последним устойчивым элементом периодической системы; все элементы с большим номером радиоактивны, т. е. их атомные ядра, испуская элементарные частицы, превращаются в более легкие ядра.

Сурьму можно обнаружить или посредством длительных процессов разделения, или с помощью выделения очень ядовитого сурьмянистого водорода.

Мы удовлетворимся простой, но не всегда явной пробой. Растворим исследуемый металл, например кусочек шрифтолитейного сплава, в концентрированной азотной кислоте. (Осторожно! Ядовитые пары — работать под тягой или на открытом воздухе!)

Растворение будет неполным, возникнет белый осадок, который состоит из оксида и гидроксида сурьмы. Сольем азотную кислоту и немного подогреем осадок (также под тягой или на открытом воздухе) с концентрированной соляной кислотой. Затем разбавим водой, в случае необходимости отфильтруем и добавим сероводородную воду. (Осторожно! Яд!) В результате образуется оранжево-желтый осадок сульфида сурьмы.

Для пробы на висмут также растворим металл в концентрированной азотной кислоте. (Осторожно! Ядовитые пары!) В этот раствор медленно вольем несколько миллилитров дистиллированной воды. Через некоторое время выделится белый осадок. Нитрат висмута реагирует с водой с образованием труднорастворимой так называемой основной соли:

Bi(NO₃)₃ + Н₂O —> BiONO₃ + 2HNO₃

При добавлении концентрированной азотной кислоты осадок растворится, но опять выпадет при новом разбавлении водой. После частичной нейтрализации разбавленным раствором едкого натра (Осторожно!) раствор нитрата висмута дает при взаимодействии с сероводородной водой коричневый осадок сульфида висмута.

При добавлении раствора йодида калия выпадает черный осадок йодида висмута, который вновь растворяется в избытке йодида калия.

Главные подгруппы VI, VII и VIII групп выпадают из нашего рассмотрения, так как они не содержат металлов. Металлы побочной подгруппы V группы не будем рассматривать, так как их весьма трудно достать.

МЕТАЛЛЫ ПОБОЧНОЙ ПОДГРУППЫ VI ГРУППЫ

Металлы побочной подгруппы VI группы твердые, хрупкие; для них характерна очень высокая температура плавления; при взаимодействии с кислородом они образуют кислоты, соли которых называют хроматы, молибдаты и т. д.

Благодаря защитной пленке оксида хром чрезвычайно коррозионно стоек, поэтому его применяют для получения защитных и декоративных покрытий. Хром и молибден относятся к важнейшим компонентам сплавов и легированных сталей, которым они придают высокую коррозионную стойкость и механическую прочность. Молибден и вольфрам плавятся при 2600 и 3370 °C соответственно; поэтому из них изготовляют нити накаливания и их держатели в лампах, а также сетки и аноды в электронных трубках. Наконец, уран нашел применение в качестве ядерного горючего в атомных реакторах.

Металлы этой подгруппы могут проявлять в соединениях самую различную валентность, но самые важные, конечно, соединения трех- и шестивалентных элементов.

Цветные осадки с хромом

Почти все соединения хрома и их растворы интенсивно окрашены. Имея бесцветный раствор или белый осадок, мы можем с большой долей вероятности сделать вывод об отсутствии хрома. Соединения шестивалентного хрома чаще всего окрашены в желтый или красный цвет, а для трехвалентного хрома характерны зеленоватые тона. Но хром склонен еще и к образованию комплексных соединений, а уж они окрашены в самые разные цвета. Запомним: все соединения хрома ядовиты.

Бихромат калия К₂Сr₂O₇ — самое, пожалуй, известное из соединений хрома и получить его всего легче. Красивый красно-желтый цвет свидетельствует о наличии шестивалентного хрома. Проведем с ним или с очень похожим на него бихроматом натрия несколько опытов. Сильно нагреем в пламени бунзеновской горелки на фарфоровом черепке (кусочке тигля) такое количество бихромата калия, которое поместится на кончике ножа. Соль не выделит кристаллизационной воды, а расплавится при температуре около 400 °C с образованием темной жидкости. Прогреем ее еще несколько минут на сильном пламени. После охлаждения на черепке образуется зеленый осадок.

Часть его растворим в воде (она приобретет желтый цвет), а другую часть оставим на черепке. Соль при нагревании разложилась, в результате образовался растворимый желтый хромат калия К₂СrO₄, зеленый оксид хрома (III) и кислород:

2К₂Сr₂O₇ —> 2К₂СrO₄ + Сr₂O₃ + 3/2 O₂.

Благодаря своей склонности к выделению кислорода бихромат калия является сильным окислителем. Его смеси с углем, сахаром или серой энергично воспламеняются при соприкосновении с пламенем горелки, но не дают взрыва; после сгорания образуется объемистый слой зеленой — благодаря присутствию оксида хрома (III) — золы. (Осторожно! Сжигать не более 3–5 г на фарфоровом черепке, иначе горячий расплав может начать разбрызгиваться. Держать расстояние и надеть защитные очки!) Соскребем золу, отмоем ее водой от хромата калия и высушим оставшийся оксид хрома. Приготовим смесь, состоящую из равных частей калийной селитры (нитрата калия) и кальцинированной соды, добавим ее к оксиду хрома в соотношении 1:3 и расплавим полученный состав на черепке или на магнезиевой палочке. Растворив остывший расплав в воде, получим желтый раствор, содержащий хромат натрия. Таким образом, расплавленная селитра окислила трехвалентный хром до шестивалентного. С помощью сплавления с содой и селитрой можно перевести все соединения хрома в хроматы.

Для следующего опыта растворим 3 т порошкообразного бихромата калия в 50 мл воды. К одной части раствора добавим немного карбоната калия (поташа). Он растворится с выделением СO₂, а окраска раствора станет светло-желтой. Из бихромата калия образуется хромат. Если теперь по порциям добавить 50 %-ный раствор серной кислоты (Осторожно!), то снова появится красно-желтая окраска бихромата.

Нальем в пробирку 5 мл раствора бихромата калия, прокипятим с 3 мл концентрированной соляной кислоты под тягой или на открытом воздухе. Из раствора выделяется желто-зеленый ядовитый газообразный хлор, потому что хромат окислит НСl до хлора и воды. Сам хромат превратится в зеленый хлорид трехвалентного хрома. Его можно выделить выпариванием раствора, а потом, сплавив с содой и селитрой, перевести в хромат.

В другой пробирке осторожно добавим к бихромату калия (в количестве, умещающемся на кончике ножа) 1–2 мл концентрированной серной кислоты. (Осторожно! Смесь может разбрызгиваться! Надеть защитные очки!) Смесь сильно нагреем, в результате выделится коричневато-желтый оксид шестивалентного хрома СrО₃, который плохо растворяется в кислотах и хорошо в воде. Это ангидрид хромовой кислоты, однако иногда как раз его называют хромовой кислотой. Он является сильнейшим окислителем. Смесь его с серной кислотой (хромовая смесь) используется для обезжиривания, так как жиры и другие трудно устранимые загрязнения переводятся в растворимые соединения.

Внимание! Работать с хромовой смесью надо чрезвычайно осторожно! При разбрызгивании она может вызвать тяжелые ожоги! Поэтому в наших экспериментах откажемся от применения ее в качестве средства для очистки.

Наконец, рассмотрим реакции обнаружения шестивалентного хрома. Поместим в пробирку несколько капель раствора бихромата калия, разбавим его водой и проведем следующие реакции.

При добавлении раствора нитрата свинца (Осторожно! Яд!) выпадает желтый хромат свинца (хромовый желтый); при взаимодействии с раствором нитрата серебра образуется красно-коричневый осадок хромата серебра.

Добавим пероксид водорода (правильно хранившийся) и подкислим раствор серной кислотой. Раствор приобретет глубокий синий цвет благодаря образованию пероксида хрома. Пероксид при взбалтывании с некоторым количеством эфира (Осторожно! Опасность воспламенения!) перейдет в органический растворитель и окрасит его в голубой цвет.

Последняя реакция специфична для хрома и очень чувствительна. С ее помощью можно обнаружить хром в металлах и сплавах. Прежде всего необходимо растворить металл. Но, например, азотная кислота не разрушает хром, как мы можем легко убедиться, используя кусочки поврежденного хромового покрытия. При длительном кипячении с 30 %-ной серной кислотой (можно добавить соляную кислоту) хром и многие хромсодержащие стали частично растворяются. Полученный раствор содержит сульфат хрома (III). Чтобы можно было провести реакцию обнаружения, сначала нейтрализуем его едким натром. В осадок выпадет серо-зеленый гидроксид хрома (III), который растворится в избытке NaOH и образует зеленый хромит натрия. Профильтруем раствор и добавим 30 %-ный пероксид водорода (Осторожно! Яд!). При нагревании раствор окрасится в желтый цвет, так как хромит окислится до хромата. Подкисление приведет к появлению голубой окраски раствора. Окрашенное соединение можно экстрагировать, встряхивая с эфиром. Вместо описанного выше способа можно тонкие опилки металлической пробы сплавить с содой и селитрой, промыть и отфильтрованный раствор испытать пероксидом водорода и серной кислотой.

Наконец, проведем пробу с перлом. Следы соединения хрома дают с бурой яркую зеленую окраску.

Обнаружение молибдена и вольфрама

Из вольфрама, который имеет самую высокую среди металлов температуру плавления (3370 °C), изготавливают нити накаливания в электрических и радиолампах. Молибденовую проволоку используют для изготовления держателей нитей накаливания в электрических лампах. Сетки электронных ламп также состоят чаще всего из молибдена, а аноды — из молибдена или никеля. Мы можем использовать в качестве исследуемых образцов рассматриваемых металлов детали из нескольких испорченных ламп накаливания или радиоламп. Кроме того, молибден и вольфрам — важные компоненты высококачественных специальных сталей и сплавов.

Растворим кусочки вольфрамовой или молибденовой проволоки в азотной кислоте, к которой осторожно добавим концентрированный раствор пероксида водорода. (Осторожно! Жидкость может разбрызгиваться! Выделение ядовитых паров! Работать только под тягой или на открытом воздухе на некотором расстоянии!)

И вольфрам, и молибден окислятся, образуя оксиды шестивалентных металлов WO₃ и МoО₃. Оксид вольфрама образует желтый осадок, а оксид молибдена частично растворится в избытке кислоты с появлением красной окраски.

В щелочном растворе эти оксиды переходят в соли молибденовой или вольфрамовой кислоты. Молибдаты и вольфраматы можно также получить непосредственно с помощью сплавления кусочков металла с содой и селитрой и промывания водой.

Для обнаружения вольфрама выпарим досуха несколько капель азотнокислого раствора на фарфоровом черепке (на открытом воздухе, находясь на надлежащем расстоянии!). К остатку добавим разбавленной соляной кислоты и снова высушим, выпарив раствор. Затем добавим несколько капель соляной кислоты и крохотный кусочек олова или крупинку хлорида олова (II) (подойдет также кусочек белой жести от старой консервной банки).

При наличии вольфрама появится голубая окраска. Эта реакция очень чувствительна, она позволяет обнаружить уже 0,0001 мг вольфрама. С помощью этой реакции можно доказать, что даже такой чрезвычайно труднолетучий металл, как вольфрам, при длительном употреблении электрической лампочки немного испаряется. Для этого разобьем перегоревшую после долгой эксплуатации лампочку большой мощности. Растворим осевший на внутренней стороне колбы металл и проведем реакцию определения.

Для обнаружения молибдена проделаем следующие реакции. Несколько капель азотнокислого раствора исследуемого металла выпарим досуха. (Осторожно! Работать только под тягой или на открытом воздухе! Пары не вдыхать!) К остатку добавим по капле концентрированных растворов аммиака и пероксида водорода. (Осторожно!) Появится розовато-желтая или вишневая окраска.

А если остаток после выпаривания осторожно нагреть с несколькими каплями концентрированной серной кислоты, то в присутствии молибдена появится голубое окрашивание.

Внимание: при нагревании концентрированной серной кислоты обязательно повернуть отверстие пробирки в сторону от лица. Надеть защитные очки и держаться на нужном расстоянии! Пробирку рассматривать только после охлаждения!

МЕТАЛЛЫ ПОБОЧНОЙ ПОДГРУППЫ VII ГРУППЫ

Из металлов этой подгруппы мы рассмотрим только марганец. Рений, последний металл группы, очень редко встречается, а элемент под номером 43 (технеций) имеет только неустойчивый радиоактивный изотоп. В природе он не встречается, так как элемент, существовавший в ранний период истории солнечной системы, давно разложился. Средствами ядерной физики этот элемент можно получить искусственно. Впервые такой процесс удалось провести в 1937 г., и первый синтезированный элемент назвали технецием.

Однако вернемся к марганцу. Хотя после железа это второй по распространенности в земной коре тяжелый металл, в чистом виде он не встречается. Главным потребителем марганца является металлургия — он компонент многих сплавов. Например сплав электрон и многие стали содержат по несколько процентов марганца.

Важнейшими соединениями марганца являются пиролюзит МnО₂ и перманганат калия КМnO₄. Мы уже познакомились с ними ранее и теперь перейдем к обнаружению марганца. Чтобы обнаружить этот металл в сплавах, необходимо провести сложное химическое разделение. Однако следующие реакции часто применяют для доказательства наличия марганца. Для опытов лучше всего использовать загрязненный марганец, получение которого описано на стр. 94, или пиролюзит из старой батарейки для карманного фонарика.

Растворим кусочек исследуемого марганца в разбавленной соляной кислоте, выпарим раствор на открытом воздухе или под тягой и сначала проверим остаток с помощью перла буры. При внесении в окислительную зону пламени бунзеновской горелки перл окрасится в фиолетовый цвет, который перейдет при охлаждении в красно-фиолетовый. Если перл станет черным, значит мы взяли слишком много марганца. Окраска полностью исчезнет, если еще раз нагреть перл, но уже в зеленом восстановительном конусе пламени бунзеновской горелки.

Благодаря своему окислительному действию пиролюзит применяется в производстве стекла для осветления мутных стекольных расплавов.

Специфическую реакцию марганца мы получим при сплавлении остатка выпаренного раствора с содой и селитрой. (Осторожно! Держаться на надлежащем расстоянии!) При этом образуется манганат калия К₂МnO₄, который придаст расплаву зеленый цвет. Мы уже знаем, что хром при тех же условиях дает желтую окраску, благодаря образованию хромата натрия. На присутствие марганца укажет также красный цвет, который появляется при нагревании остатка с калийной селитрой и фосфорной кислотой. (Осторожно! Опасность ожога и разбрызгивания!)

ПЕРЕХОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ VIII ГРУППЫ

Кроме железа, кобальта и никеля к переходным металлам относятся шесть элементов платиновой группы. Ими мы заниматься не станем, поскольку их у нас нет. Вместо этого подробно займемся определением важнейших металлов подгруппы железа.

Железо — самый употребительный металл

О значении и применении железа здесь скажем только, что в мире его производится примерно в двадцать раз больше, чем всех остальных металлов, вместе взятых.

Рассмотрим сначала поведение металла в пламени. Если дунуть в стеклянную трубку, наполненную железными опилками, так, чтобы они влетели в несветящуюся часть пламени бунзеновской горелки, то опилки частично сгорят, и мы будем наблюдать безопасный дождь из искр. Точно так же могут воспламениться и очень тонкие токарные стружки. Лучше всего внести в цилиндр, наполненный кислородом, раскаленную стружку. Железо раскалится до белого каления и сгорит.

Чугун, получаемый в доменной печи, содержит около 10 % примесей, из них примерно 3 % составляет углерод, а остальные — кремний, марганец, сера и фосфор. Целью очистки стали является полное или частичное удаление этих примесей и придание металлу свойств, необходимых в различных отраслях потребления. При производстве инструментов особое место занимает закалка. На стр. 101 описано, как лучше всего изучить этот процесс, используя лезвия безопасной бритвы.

Закаливать можно только сорта стали с содержанием углерода 0,5–1,7 %, а также многие легированные стали. Процесс основан на сложных изменениях в структуре микроскопических кристаллитов, из которых состоит сталь.

Теперь перейдем к соединениям железа и его определению. Железо хорошо растворяется в умеренно разбавленных кислотах — соляной, азотной или серной. (Осторожно! Работать под тягой или на открытом воздухе!) При этом образуются зеленоватые соли железа (II). Селитра окисляет железо (особенно при нагревании) до трехвалентного состояния.

В небольшом химическом стакане растворим 2 г железных опилок в соляной кислоте, разбавленной двойным количеством воды. При этом выделяется водород и ядовитые, с неприятным запахом водородные соединения серы, фосфора и кремния, которые образуются из примесей железа. Зеленый раствор хлорида железа (II) профильтруем и используем для следующих реакции.

При взаимодействии с гидроксидом натрия образуется осадок гидроксида железа (II), который постепенно окисляется кислородом воздуха до красно-коричневого гидроксида железа (III).

Добавление сероводородной воды не вызовет осадка, но чёрный осадок сульфида железа выпадет при прибавлении сульфида аммония, который приготовим, пропустив сероводород через нашатырный спирт. (Осторожно обращаться с ядовитым сероводородом!)

При взаимодействии с комплексной солью гексациано-(III)ферратом калия (красной кровяной солью) образуется ярко-голубой осадок турнбулевой сини, который при больших концентрациях становится почти черным (реакция идентификации). Осторожно! Гексацианоферрат — яд, который можно использовать только в виде очень сильно разбавленных растворов!

При кипячении с концентрированной азотной кислотой (Осторожно! Работать под тягой или на открытом воздухе!) или с пероксидом водорода хлорид железа (II) окислится с образованием коричневого хлорида железа (III). Так как хлорид железа (III) может нам еще понадобиться, выпарим окисляющий раствор и поместим осадок в воду. Сохраним полученный разбавленный раствор.

С небольшими количествами раствора хлорида железа (III) проведем следующие реакции.

Гексациано-(III)феррат калия окрашивает раствор в коричневый цвет, если окисление прошло полностью; если окраски нет, значит в растворе еще есть ионы двухвалентного железа.

С помощью роданида калия KSCN (тиоцианата калия) можно провести чувствительную реакцию обнаружения трехвалентного железа. Добавка одной капли раствора этой соли приводит к образованию роданида железа (III), обладающего интенсивной красной окраской. Благодаря этой реакции можно обнаружить миллионные доли грамма железа. Для того чтобы продемонстрировать чувствительность этой реакции, будем снова и снова разбавлять в десять раз пробу раствора хлорида железа (III) дистиллированной водой и проверим, при каком разбавлении окраска еще заметна.

Чтобы обнаружить железо в сплавах, зачистим до блеска напильником или наждаком место испытания, нанесем на него каплю соляной кислоты, и немного позже — каплю растворенного гексациано-(III)феррата калия. Если в сплаве есть железо, это проявится благодаря появлению турнбулевой сини. (При высокой концентрации железа окраска проявится только при разбавлении водой.)

На присутствие железа мы можем испытать любые пробы веществ (например, РУДУ/ золу, озоленные части растений). Для этого нагреем их с чистой соляной кислотой (без примесей железа) и добавим немного пероксида водорода для окисления железа до трехвалентного состояния. Профильтрованный раствор испытаем роданидом. При высоких концентрациях железа окраска будет темной, а если его только следы, раствор может быть от розового дожелтого цвета.

При ржавлении железа на воздухе главным образом образуется краснокоричневый гидроксид железа (III) Fe(OH)₃. (Истинная структура ржавчины, конечно, сложнее.) Это вещество чрезвычайно плохо растворяется в воде. Только 10⁵ л воды могли бы растворить несколько молекул! Прокипятим в течение длительного времени немного железных опилок в дистиллированной воде, затем сольем воду и добавим новой. Через несколько дней образуется отчетливая ржавчина. Несмотря на это, добавление роданида не даст никакой реакции, так как железо практически не переходит в раствор.

Наконец, проведем еще пробу соединений железа с перлом буры. В окислительном пламени бунзеновской горелки оно будет желтым или бесцветным, в восстановительном — бледно-зеленым.

Кобальт — компонент магнита

Кобальтовые руды зачастую очень похожи на медные, серебряные или оловянные. Свое название металл получил в средние века; оно произошло от норвежского слова kobold (злой дух). Из металлов подгруппы железа кобальт самый редкий; содержание его в земной коре составляет около тысячной доли процента. В чистом виде металл не применяют, но он является важнейшим компонентом сплавов и специальных сталей, прежде всего стали для постоянных магнитов. Стали для изготовления режущих инструментов также часто содержат кобальт. Гальванические кобальтовые покрытия мало применимы, потому что они вследствие поверхностного окисления приобретают тусклый красноватый цвет. Правда, они устойчивее по отношению к слабым кислотам, чем хромовые или никелевые, поэтому иногда кобальт используют для покрытия фруктовых ножей. При облучении нейтронами в атомном реакторе кобальт переходит в радиоактивный изотоп ⁶⁰Со. Это радиоактивное вещество обладает очень интенсивным гамма-излучением; период его полураспада 5,2 года. Радиоактивный кобальт применяется как источник гамма-лучей при лечении рака и в исследовательской работе.

Реакции обнаружения лучше всего провести с небольшим количеством хлорида кобальта (II) CoCl₂, растворенным в воде. Мы уже указывали раньше на изменение цвета — от синего до красного — безводной и водосодержащей соли. Это свойство присуще и другим солям кобальта.

Проведем с разбавленным раствором несколько реакций. При добавлении гидроксида натрия NaOH в осадок выпадает голубой гидроксид кобальта (II); если нагреть пробирку, он перейдет в устойчивую форму с розовой окраской. При стоянии на воздухе постепенно образуется коричневатый гидроксид кобальта (III). Простые соли трехвалентного кобальта в основном нестойки в растворе.

Сульфид аммония (NH₄)₂S даст черный осадок сульфида кобальта, который не растворяется в разбавленных кислотах.

В небольшом объеме воды растворим нитрит калия KNO₂ в количестве, умещающемся на кончике ножа. (Осторожно! Яд!) и вдвое больше хлорида калия. Введем в раствор несколько капель уксусной кислоты (уксусной эссенции) и исследуемого раствора. При слабом нагревании выпадет желтый осадок комплексного соединения гексанитрокобальтата-(III) калия K₃[Co(NO₂]₆) Это важнейшая реакция определения!

Растворим в небольшой пробе сильно разбавленного раствора хлорида кобальта несколько кристалликов твердого роданида аммония NH₄SCN. Можно также провести эту реакцию (тоже в небольших количествах) с роданидом калия и несколькими каплями гидроксида аммония. Образуется темно-синий раствор тетратиоцианатокобальтата-(II) аммония:

СоСl₂ + 4NH₄SCN —> 2NH₄Cl + (NH₄)₂[Со(SCN)₄]

Очень характерна реакция с перлом буры. Следы кобальта и в окислительном и в восстановительном пламени окрашивают перл в темно-синий цвет. Кобальт придает стекломассе синюю окраску, поэтому его используют для изготовления синих декоративных стекол. Мы может пронаблюдать этот эффект, расплавив в тигельной печи несколько осколков легкоплавкого стекла (осколков изогнутой трубки) с добавкой небольшого количества хлорида кобальта.

Никель удовлетворяет самым строгим требованиям

Никель наряду с хромом является важнейшим компонентом многих сплавов. Он придает сталям высокую химическую стойкость и механическую прочность. Так, известная нержавеющая сталь V2A содержит в среднем 18 % хрома и 8 % никеля и поэтому называется часто сталь 18/8 (В СССР аналогичная сталь маркируется Х18Н10Т. — Прим. перев.). Для производства химической аппаратуры, сопел самолетов, космических ракет и спутников требуются сплавы, которые устойчивы при температурах выше 1000 °C, то есть не разрушаются кислородом и горючими газами и обладают при этом прочностью лучших сталей. Этим условиям удовлетворяют сплавы с высоким содержанием никеля. Назовем здесь группу таких хромо-никелевых сплавов: монель-металл, который содержит никель медь и небольшие количества других металлов; никелин; константан; инвар; платиний и др.

Чистый никель применяют для получения гальванических покрытий. Из чистого металла или сплавов с высоким содержанием никеля изготовляют электроды радиоламп. Воспользуемся для опытов никелевым анодом старой радиолампы.

Растворим кусочек металла в азотной кислоте — в крайнем случае осторожно нагреем. (Осторожно! Ядовитые пары! Работать под тягой или на открытом воздухе.) Раствор окрасится в зеленый цвет благодаря образованию нитрата никеля Ni(NO₃)₂. После полного или частичного растворения металла разбавим раствор водой и осторожно нейтрализуем разбавленным раствором гидроксида натрия.

Если к отобранной пробе будем и далее добавлять раствор гидроксида натрия, то выпадет зеленый осадок гидроксида никеля Ni(OH)₂.

Похожие осадки, правда, дают также медь и двухвалентное железо. Чтобы различить эти металлы, добавим к смеси немного бромной воды или кашицу хлорной извести. (Осторожно! Яд!) Из названных металлов только никель дает черный или коричнево-черный осадок, свидетельствующий о получении диоксида никеля NiO₂.

Специфической реакцией обнаружения никеля служит взаимодействие с органическим реагентом диметилглиоксимом C₄H₈N₂O₂. В нескольких миллилитрах спирта приготовим раствор этого реактива (взятого на кончике ножа) и добавим несколько миллилитров концентрированного раствора аммиака. Будем хранить реагент в плотно закрытом сосуде (лучше всего с притертой пробкой). Нейтральный сильно разбавленный раствор соли никеля при добавлении нескольких капель реактива даст ярко-красный осадок. Некоторые другие металлы, например железо, в этом случае дают коричневатые осадки. Можно таким образом проанализировать и металлические предметы. Для этого подержим в несветящемся пламени бунзеновской горелки часть предмета, благодаря чему металл окислится и затем смочим это место реактивом. В присутствии никеля образуется розовое пятно.

Если нагреть в окислительном пламени перл буры со следами никелевой соли и затем охладить, то он окрасится в красно-коричневый цвет. Восстановленный перл бесцветен или окрашен в серый цвет из-за присутствия тонкодисперсного никеля.

АНАЛИТИКА — ПРОБНЫЙ КАМЕНЬ ДЛЯ ЮНОГО ХИМИКА

По поводу изученных реакций обнаружения металлов и их соединений необходимо сделать несколько общих замечаний. Мы познакомились прежде всего с характерными реакциями, которые служат для обнаружения металлов, то есть вникли в чрезвычайно важную область аналитической химии, главной задачей которой является определение состава любых соединений или смесей.

Различают качественный и количественный анализ, в зависимости от того, требуется ли только обнаружить элемент или его соединение или же нужно определить его количественное содержание. Описанные ранее реакции служат для качественного определения металлов, которые присутствуют в растворах их солей чаще всего в виде катионов. Речь пока шла об обнаружении катионов, хотя, как мы видели, многие металлы склонны к образованию анионов. С некоторыми важными методами определения анионов (например, сульфат-, нитрат- или хлорид-ионов) мы познакомимся позже, анализируя удобрения, а качественное определение органических веществ проведем в начале главы 4 («Химия углерода»).

Нельзя недооценивать значение аналитической химии. Аналитические задачи постоянно решаются и на промышленных предприятиях. Это прежде всего постоянный контроль сырья по чистоте, контроль состава промежуточных и конечных продуктов. Систематическое изучение аналитической химии полезно и юным химикам, которые знакомятся со свойствами веществ и приемами химической практики. Аналитические работы требуют аккуратности и тщательности при проведении эксперимента. Аналитика по праву занимает большой объем в учебных программах студентов-химиков. Мы хотим посоветовать нашим читателям исследовать на наличие описанных металлов как можно больше различных проб — металлов, солей, смесей известного и неизвестного состава. Только таким образом лучше всего можно приобрести тонкое чутье, которое необходимо химику-аналитику. С самого начала давайте работать по возможности с небольшими количествами исследуемых веществ. Это не только поможет сэкономить реактивы, но и будет соответствовать положению вещей в практике, где зачастую в распоряжении имеются только незначительные количества веществ.

Разумеется, каждого может постигнуть разочарование. Мы указывали уже, что посторонние вещества зачастую мешают проведению отдельных аналитических реакций. Поэтому, даже при безупречном проведении качественного анализа чаще всего не обойтись без химического разделения.

Анализ начинается с так называемых предварительных проб, к которым относятся реакции с перлом буры, окрашивание пламени, сплавление с содой и др. Наконец, вещество растворяют и, добавляя осадители, отфильтровывая и вновь осаждая вещества из фильтрата, разделяют его на шесть аналитических групп.

1 группа. Разбавленной соляной кислотой осаждаем хлориды ртути, серебра и свинца (последний неустойчив). Осадки отфильтровываем и исследуем на данные металлы.

2 группа. В фильтрат (после первого осаждения) добавляем сероводородную воду (Осторожно! Яд! Работать под тягой или на открытом воздухе!) — в осадок выпадают сульфиды свинца, меди, ртути, олова, мышьяка, сурьмы, висмута и кадмия. Осадок отфильтруем и исследуем вызывающие сомнение элементы. Для этого необходимо провести дальнейшее разделение.

3 группа. Фильтрат (после второго осаждения) прокипятим под тягой, чтобы удалить избыток сероводорода (Осторожно! Не вдыхать сероводород!); далее прокипятим раствор с азотной кислотой, чтобы окислить ионы двухвалентного железа до трехвалентных, и обильно добавим нашатырный спирт и раствор хлорида аммония. Железо, хром и алюминий выпадут в осадок в виде гидроксидов, и их можно определить с помощью описанных реакций.

4 группа. При добавлении бесцветного сульфида аммония из фильтрата (после третьего осаждения) выпадут в осадок сульфиды цинка, кобальта, никеля и марганца

5 группа. Фильтрат (после четвертого осаждения) подкислим, удалим избыток сероводорода кипячением под тягой, добавим твердый карбонат аммония и снова прокипятим. Таким образом мы отделим карбонаты щелочноземельных металлов: кальция, стронция и бария.

6 группа. Фильтрат (после пятого осаждения) содержит еще щелочные металлы натрий и калий, а также щелочноземельный металл магний в форме хлоридов, сульфатов и нитратов.

Начинающим исследователям очень полезно подвергнуть такому разделению несколько проб. Подробности и возможные осложнения описаны в учебниках по аналитической химии. Но там описание хода разделения дано только для важнейших металлов. О редких элементах придется справляться в специальных изданиях.

В заключение хотим напомнить, что в аналитической химии большое значение имеет опыт, и там, где новичок не сможет узнать осадок или окраску, нередко искушенный аналитик «почувствует» результат.

ПОЛУЧИМ МЕТАЛЛЫ

В промышленности получение металлов начинается с добычи руды. Наибольшее значение имеют сульфидные и оксидные руды, такие как магнетит Fе₃O₄, пирит FeS₂, медный колчедан CuFeS₂, свинцовый блеск PbS. Применяются также карбонаты, сульфаты, хлориды и другие соли. Большинство руд, однако, не является чистыми соединениями одного металла, а смешаны с горными породами или другими соединениями. Обогащение руд состоит в том, что сырые руды переводятся в состояние, пригодное для металлургической обработки. В простых случаях достаточно механической сортировки. Сульфидные руды необходимо с помощью обжига переводить в оксиды. Особенно трудно обогащать так называемые бедные руды, в которых нужного элемента совсем мало.

Например, доля меди в медистых сланцах Мансфельда составляет не более 3 %, а никелевые и оловянные руды саксонских Рудных гор содержат только незначительные количества металла. Поэтому меднолитейный завод в Мансфельде или металлургический завод по производству никеля в г. Эгидине оснащены сложными обогатительными установками.

Из оксидов чистые металлы получают путем восстановления углеродом или другими средствами. Доменный процесс является примером этого метода.

Легкие металлы, такие как алюминий и магний, получают, разлагая соли, чаще всего хлориды, электрическим током. Таким образом производят алюминий, магний и щелочные металлы. Титан и цирконий получают также электролизом или восстановлением соединений металла с помощью магния или натрия.

Получив неочищенный сырой металл, необходимо его очистить, потому что примеси оказывают существенное влияние на их механические свойства и коррозионную стойкость. Так, фосфор, придающий стали хрупкость, удаляют в томасовском процессе, а углерод частично окисляют, продувая через сталь воздух или кислород. Медь и свинец очищают с помощью электролитического рафинирования, удаляя примеси, причем в качестве побочного продукта получают ценное серебро.

Современная техника все чаще требует применения чистых металлов и металлов в монокристаллической форме. В промышленном масштабе уже производится алюминий с содержанием в среднем 99,999 %. В то время как обычно металлы состоят из маленьких кристалликов (поликристаллическое строение), из расплава при точном соблюдении условий затвердевания можно получить единые большие кристаллы (монокристаллы). Они обладают характерными и несколько лучшими механическими и другими свойствами. Из монокристаллического металла уже изготовлены, например, опытные образцы лопастей турбин. В Дрездене и Фрайберге ученые постоянно работают над дальнейшим развитием методов получения металлов высокой чистоты и определенной структуры.

Естественно, мы сможем провести только некоторые простые опыты, которые дают нам представление о принципах металлургии.

ПРОМЫВКА И ОБЖИГ РУД

Начнем с некоторых опытов по подготовке руды. Так как у нас вряд ли найдется руда, искусственно приготовим обедненную руду. Добавляя раствор соды в раствор сульфата меди, осадим карбонат меди или, например, смешаем раствор нитрата свинца с сероводородом. (Лучше непосредственно ввести газообразный сероводород в раствор. Осторожно! Соли свинца ядовиты; ядовитый сероводород вводить только под тягой или на открытом воздухе!) Полученный карбонат меди или сульфид свинца отфильтруем или отделим с помощью отстаивания и декантации. Высушенный осадок смешаем с тонкодисперсными примесями, например мелким песком (кизельгуром), известью (отмученным мелом) и порошком каменного угля. Лучше всего приготовить много различных смесей в небольших количествах.

Обогащение руды

Поместим эти смеси в пробирки, зальем водой и добавим немного смазочного масла. Затем сильно взболтаем. При этом образуется эмульсия из мелких капелек масла в воде, которая, однако, сразу после взбалтывания опять разделится на два слоя: верхний — масляный и нижний — водный. В большинстве случаев чистая «руда» соберется в верхнем слое масла, а «примеси» окажутся на дне. Казалось бы, соединения металлов тяжелее, значит, следовало ожидать обратного результата. Но дело в том, что частички руды смачиваются маслом, а известь, песок и т. д. — не смачиваются. Этот эффект усиливается, если добавить пенообразующие вещества, которые обеспечивают более тесный контакт между рудой, водой и маслом. В другую пробирку со смесью добавим немного стирального порошка или мыла и также будем наблюдать разделение.

Подобным образом обогащают в технике медные, свинцовые, молибденовые и урановые руды. Для этого руды необходимо тонко размолоть, смешать с водой, маслом и поверхностно-активными веществами и пропустить через эту смесь интенсивный поток воды или воздуха. Верхний слой отделяется, он содержит обогащенную руду. Этот способ называется флотационное обогащение или просто флотация.

Обжиг руды

Для обжига сульфидной руды используем сульфид цинка или свинца, имеющиеся в продаже. Поместим грубый порошок сульфидной руды (половину чайной ложки) в середину тугоплавкой стеклянной трубки длиной около 25 см. Один конец трубки закроем тампоном из стеклянной ваты и пробкой, которую обернем алюминиевой фольгой для защиты от высокой температуры. В отверстие в пробке вставим согнутую стеклянную трубку и соединим ее с промывной склянкой, в которой находится раствор красителя фуксина или простая вода. Во время опыта над сульфидом необходимо пропускать воздух. Для этой цели либо используем водоструйный насос, либо будем нагнетать воздух с противоположной стороны стеклянной трубки с помощью воздушного насоса, фена или работающего как воздуходувка пылесоса. Однако поток воздуха не должен быть слишком сильным. В случае необходимости будем таким образом регулировать его с помощью Т-образной трубки со шлангом или крана, чтобы в промывной склянке постоянно, с большой частотой образовывались пузырьки.

Будем нагревать сульфид до красного каления в тугоплавкой трубке с помощью сильной бунзеновской горелки (со щелевой насадкой) и пропускать над ним поток воздуха в течение 10–15 минут. При этом сульфид превратится в оксид. При нагревании сульфида цинка мы заметим знакомую желтую (а после охлаждения — белую) окраску оксида цинка. Одновременно обесцветится раствор фуксина, и распространится резкий запах оксида серы (IV) — сернистого газа. Общее уравнение процесса выглядит следующим образом:

2MeS +3O₂ —> 2МеО + 2SO₂

Процесс обжига тяжелых металлов экзотермичен, то есть идет с выделением тепла. Поэтому после начала реакции можно прекратить или ограничить подвод тепла. В техническом процессе температура поддерживается самопроизвольно.

ВЫПЛАВКА МЕДИ И СВИНЦА В ЛАБОРАТОРНОМ ТИГЛЕ

Самым простым и дешевым восстановителем оксидных руд является углерод. Раньше для металлургической переработки оксидов применяли древесный уголь, а теперь — кокс. Углерод может восстановить оксиды многих металлов, но для проведения реакции чаще всего требуется высокая температура. Для получения меди и свинца необходима температура яркого красного каления. Чтобы можно было нагреть до нужного состояния маленький фарфоровый тигель вместимостью 10 мл, построим простую тигельную печь. В нескольких старых кусках шамота с помощью острого зубила и маленького молотка необходимо выдолбить углубление таким образом, чтобы при сборке кусков получилось грушевидное отверстие, в глубине которого подвесим тигель на треугольнике из проволоки. Верхний выход закроем небольшим перевернутым цветочным горшком с отверстием в дне. Смысл этого приспособления состоит в том, чтобы сосредоточить тепло только в тигельном пространстве и уменьшить его потери, возникающие из-за охлаждения потоками воздуха или излучения. На всякий случай обмотаем цветочный горшок стальной проволокой, чтобы черепки не развалились, если горшок лопнет.

Установку укрепим на треножнике и будем нагревать снизу сильным несветящимся пламенем бунзеновской горелки. При наличии стеклодувной горелки нужная температура, конечно, достигается быстрее.

Восстановление оксида меди

Высушим около 10 г оксида меди (II) СuО при умеренном нагревании открытого тигля или фарфоровой чашки при температуре более 100 °C. Разотрем оксид пестиком и смешаем с 1 г тонко дисперсного древесного угля (с куска угля можно соскоблить порошок ножом).

Смесь поместим в маленький фарфоровый тигель, который неплотно закроем крышкой, чтобы образующийся углекислый газ мог улетучиваться. Будем сильно нагревать смесь в нашей печи, пока не начнется реакция. После этого охладим тигель и зальем его содержимое водой. Если взмутить суспензию, то легкие частицы древесного угля отделятся от более тяжелых красноватых шариков меди. Можно попытаться сплавить шарики в плотно закрытом тигле при наивысшей температуре в печи. Заодно проверим, достижима ли в печи температура более 1000 °C.

Свинец из свинцового глета

В качестве исходного вещества используем оксид свинца (II), иначе называемый свинцовым глетом. Этот тяжелый желтый порошок применяют для изготовления пластырей и замазки, поэтому его можно приобрести в аптеке или в хозяйственном магазине. Высушим 15 г оксида свинца, как было описано выше, и смешаем с 1 г порошкообразного древесного угля. Заполним смесью тигель, положим сверху кусочки угля и неплотно закроем крышкой. Сильно нагреем смесь в печи, через 10 минут после начала опыта перемешаем ее угольным стержнем и продолжим нагревание еще в течение 10 минут. Затем откроем печь, тигельными щипцами возьмем горячий тигель и выльем расплавленный свинец.

МЕТАЛЛ ИЗ ПИРОЛЮЗИТА

Металлические оксиды можно разложить при взаимодействии с более активными металлами, которые вытесняют менее активные из соединений с кислородом. В качестве восстановителей особенно часто применяют алюминий, магний и натрий. Реакция с магнием протекает очень бурно, и в результате образуются сильно загрязненные продукты, поэтому мы применим безвредный алюминий. Но и при выполнении следующих опытов следует точно соблюдать количественные соотношения веществ и правила техники безопасности!

Получим марганец

Смешаем 6 г оксида марганца (пиролюзита) МnO₂ и 2 г алюминиевых опилок или очень тонкой стружки. Смесь положим на большой фарфоровый или глиняный черепок, помещенный на огнеупорной подставке. Для воспламенения насыплем на смесь небольшое количество (!) магниевого порошка и воткнем кусок магниевой ленты, которую осторожно подожжем. Чтобы можно было держаться на надлежащем расстоянии, укрепим бунзеновскую горелку на палке длиной около 1 м. Смесь также можно поджечь непосредственно бунзеновской горелкой, если направить на нее несветящееся пламя. Реакция протекает с яркой вспышкой. После охлаждения мы обнаружим темный комочек сплавленного марганца (содержание марганца 95–98 %). Металл очень хрупок, его можно раздробить в порошок молотком — только делать это надо на стальной подставке. Свежие сколы на металле серебристо-белые, но на воздухе они быстро темнеют вследствие образования тонких пленок цветов побежалости.

Алюминий превращается в оксид алюминия по следующему уравнению:

3MnO₂ + 4Аl —> 2Аl₂O₃ + 3Мn

При проведении опыта следует надеть защитные очки, так как в ходе реакций могут вылетать очень горячие искры. Вблизи не должно быть никаких легковоспламеняющихся предметов и веществ.

Если вас постигла неудача (воспламенения не произошло) ни в коем случае нельзя пытаться сразу близко рассматривать смесь. Подождите по меньшей мере 5 минут, так как нередко может последовать неожиданное «позднее зажигание».

Восстановление оксидов металлов металлическим алюминием называют алюмотермией. Аналогично можно восстановить оксиды никеля и хрома. Чтобы выход металла при алюмотермическом методе был выше, вместо порошка используют алюминиевую крупку; она не только реагирует не так бурно, но и воспламеняется труднее.

ПОЛУЧЕНИЕ МАГНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ РАСПЛАВА

В одном из первых опытов мы разлагали воду на элементы с помощью электрического тока. Таким же образом можно разлагать соединения металлов, если пропускать через расплав соли постоянный ток. Расплавленные соли часто обладают значительной электропроводностью. Положительно заряженные ионы металлов выделяются в электрическом поле на отрицательном электроде (катоде), а анионы — на положительном электроде (аноде). Так можно получить очень активные металлы, но при этом они не должны реагировать с воздухом или материалом электрода.

Магний из карналлита

Английский химик Дэви в 1809 г. впервые получил натрий и калий путем электролиза расплава их соединений. Мы попытаемся получить таким же образом немного металлического магния.

Прежде всего для электролиза понадобится сильный источник постоянного тока. Можно воспользоваться аккумулятором с напряжением 12 В, причем не обязательно новым, так как опыт лучше всего удается при высокой силе тока, которая легко может привести к короткому замыканию и при этом испортить батарею. Также пригоден отслуживший автомобильный аккумулятор, который надо зарядить.

В качестве электролита для получения магния используем карналлит, смешанный хлорид калия — магния состава KCl-MgCl₂∙6H₂O, который встречается, например, в отбросных солях Штасфурта. Безводная соль пригодна для электролитического получения магния благодаря относительно низкой точке плавления. Правда, чаще всего электролиты готовят искусственно, извлекая из различных магниевых минералов сначала оксид магния МgО, и затем получают из него хлорид магния МgСl₂. Эту соль сплавляют с хлоридом калия и другими солевыми добавками.

В фарфоровой чашке при постоянном перемешивании и нагревании в минимальном количестве воды растворим 15 г кристаллического хлорида магния (горькой соли), 5 г хлорида калия и 2 г хлорида аммония; продолжая перемешивать, выпарим раствор досуха, нагреем остаток при температуре 300 °C, чтобы удалить из соли воду. После охлаждения разотрем соль в порошок и поместим в маленький фарфоровый тигель, который будет служить электролизной ячейкой. В качестве электродов используем угольный стержень и расплющенный гвоздь или, лучше, тонкую стальную полоску шириной примерно 10 мм. Чтобы избежать соединения магния и хлора, надо поставить между электродами разделительную стенку из асбестового картона; в нижней части ее гвоздем проделаем много маленьких отверстий. Картон перед опытом надо многократно нагреть над пламенем, чтобы удалить органические примеси.

После сборки ячейки подсоединим угольный стержень к положительному полюсу батареи, а стальной электрод — к отрицательному. Между батареей и ячейкой подключим в качестве сопротивления стальную проволоку длиной 2 м и диаметром 0,5 мм. Цепь будет разомкнута до тех пор, пока ее не подсоединят к клеммам аккумулятора.

Тигель надо нагревать самым сильным пламенем бунзеновской или стеклодувной горелки до тех пор, пока содержимое не расплавится. При этом будем перемешивать смесь стальным гвоздем или вязальной спицей. После этого уменьшим пламя и замкнем электроцепь. Через 20–30 минут прекратим опыт, выльем расплав из тигля, охладим и раздробим ножом. Мы обнаружим, особенно в околокатодном пространстве, шарики магния. Соберем их, погрузим на короткое время на фарфоровой или пластмассовой ложке в сильную соляную кислоту и бросим их тотчас в метиловый или в чистый этиловый спирт. На металле появится серебристый блеск, который, однако, на воздухе быстро тускнеет.

ЖЕЛЕЗО И НИКЕЛЬ В НЕОБЫЧНОЙ ФОРМЕ

Металлы можно получать также, нагревая легкоразлагаемые соединения. Так, большинство солей благородных металлов при нагревании распадаются на компоненты. Таким же образом можно получить неблагородные металлы в виде очень тонкого порошка, который чрезвычайно химически активен. Это мы можем изучить прежде всего на примере железа.

Получим железную пыль

В 10 мл воды растворим около 3 г лимонной кислоты и добавим половину чайной ложки тонкого порошка железа или очень мелких опилок. Будем нагревать содержимое пробирки до тех пор, пока железо не растворится. По мере надобности необходимо добавлять воду. Затем нагреем до полного испарения воды, закроем пробирку тампоном из стеклянной ваты и продолжим интенсивный нагрев до тех пор, пока пробирка не покроется темным налетом. Удалим ватный тампон, и проволокой выгребем образовавшиеся крошки тонкодисперсного железа на огнеупорную подложку. Часто они начинают сами раскаляться на воздухе. Железо, полученное термическим разложением лимоннокислого железа, способно к самовоспламенению (пирофорное железо), что может привести к пожару.

Никель по тому же рецепту

Никель также можно получить в виде тонкого порошка, разлагая соли органических кислот. Но так как никель плохо растворяется в органических кислотах, получим метанат (или формиат) никеля, то есть никелевую соль метановой (или муравьиной) кислоты, следующим образом.

Из раствора сульфата никеля осадим, добавляя соду, карбонат никеля, который при взаимодействии с водой (гидролиз) частично переходит в гидроксид никеля. Осадок быстро отфильтруем и растворим при нагревании в 30–50 %-ной метановой кислоте. При этом удаляется угольная кислота, и образуется метанат никеля Ni(HCOO)₂, который выкристаллизовывается при увеличении концентрации раствора. (Осторожно! Метановая кислота едкая, а летучие пары ядовиты. Опыт проводить под тягой или на открытом воздухе!)

Кроме этого, можно приготовить соль с помощью реакции двойного обмена. Растворим 5 г сульфата никеля в воде и добавим раствор 4 г метаната (формиата) натрия. Соли взаимодействуют по схеме:

NiSO₄ + 2NaHCOO —> Ni(HCOO)₂ + Na₂SO₄

При увеличении концентрации раствора сначала выделяется метанат никеля; легкорастворимый сульфат натрия останется в маточном растворе.

Прокаливая соль в пробирке, получим легкие крошки порошка никеля. Благодаря своей большой поверхности тонкодисперсные металлы химически очень активны. Например, порошок никеля является незаменимым катализатором при присоединении водорода (гидрирование) органическими молекулами. Эта реакция описана на стр. 2 63 применительно к отверждению жиров. Пероксид водорода (как мы можем легко проверить) каталитически разлагается тонкодисперсными металлами.

В технике металлы часто получают в виде порошков (порошковая металлургия).

ИЗ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ РЕЦЕПТОВ

Окружающие нас металлические предметы редко состоят из чистых металлов. Только алюминиевые кастрюли или медная проволока содержат около 99 % чистого элемента. В большинстве же других случаев мы имеем дело со сплавами (смесями многих, металлов), к которым иногда добавлены и неметаллы. Так, различные виды железа и стали содержат наряду с металлическими добавками незначительные количества углерода, которые оказывают решающее влияние на механическое и термическое поведение сплавов.

Общий рецепт для получения сплава: сначала расплавляют компонент с наивысшей точкой плавления и добавляют затем остальные компоненты. По этой простой схеме можно получить несколько сплавов.

Сплавы свинца

Сначала сплавим свинец с оловом и получим сплав, примерно соответствующий составу припоя.

Поместим в тигель несколько граммов свинца и расплавим его. Затем добавим олово и хорошо перемешаем расплав железной проволокой. Возьмем тигель щипцами и поставим его в цветочный горшок, на одну треть наполненный сухим песком. Термометр, опущенный в тигель, покажет температуру 300–360 °C. Во время охлаждения каждые полминуты будем отмечать температуру и заносить ее в подготовленную заранее таблицу, где в левом столбце отмечается время, а в правом — температура. После полного затвердевания еще несколько минут проследим за ходом охлаждения и затем прекратим опыт.

Тот, кто хочет получить полное представление о термическом поведении сплава, должен начать опыты с чистого свинца и затем перейти к добавлению сначала небольших, а затем все увеличивающихся, точно взвешенных количеств олова. Таким образом можно снова использовать предыдущие сплавы.

Найденную взаимосвязь представим графически. На листе миллиметровой бумаги отложим на оси абсцисс (горизонтально) время, а на оси ординат (вертикально) — температуру. На рисунке вверху приведена полученная таким образом кривая. Чистый свинец равномерно охлаждается до 327 °C. Затем появляется площадка, так как металл застывает, высвобождая то тепло, которое было поглощено при плавлении. После полного застывания опять наблюдается равномерное остывание, которому соответствует на графике почти прямая линия.

При увеличении содержания олова сплавы затвердевают при все более низкой температуре. Начало затвердевания выражается в более или менее отчетливом перегибе кривой охлаждения. Только при 183,3 °C опять наблюдается (независимо от состава сплава) область постоянной температуры. После этого расплав полностью затвердевает и равномерно охлаждается.

Объяснить это своеобразное поведение сплавов можно следующим образом. Из богатого свинцом сплава выделяется сначала чистый свинец (область от первого изгиба до площадки). Так продолжается до тех пор, пока еще жидкий сплав не достигнет состава, который обладает самой низкой точкой плавления. Этот сплав, называемый эвтектическим, выделяется в виде единого целого и является причиной появления площадки при 183 °C. Его состав: 73,9 % (ат.) олова и 26,1 % (ат.) свинца, то есть 16,2 г олова приходится на 10 г свинца. Если мы сразу приготовим сплав этого состава, то он затвердеет при 183 °C, а на кривой охлаждения не будет точек перегиба. В сплавах с более высоким содержанием олова выделяется сначала олово, а затем опять — эвтектический состав. Из множества кривых охлаждения получают полную термическую диаграмму состояния (смотри рисунок), которая характеризует важнейшие свойства сплавов. Она может быть существенно усложнена, например иметь несколько эвтектических точек.

Наши сплавы можно использовать в качестве припоя. Для этой цели лучше всего подходят сплавы с содержанием свинца 50–70 % (масс).

По следующим рецептам можно получить легкоплавкие сплавы.

Сплав Ньютона: 31 массовая часть свинца, 19 частей олова и 50 частей висмута. Температура плавления 95 °C.

Сплав Вуда: 25 частей свинца, 12,5 частей олова, 50 частей висмута и 12,5 частей кадмия (кадмий лучше всего получить в гальванической мастерской). Температура плавления 60 °C.

Ложка из такого сплава расплавится, если ею помешать горячий кофе. Раньше это демонстрировали в качестве шутливого опыта. Перемешанный таким образом напиток ядовит из-за солей свинца и висмута!

В нашей маленькой печи мы можем получить немного латуни. Для этого расплавим медь с помощью бунзеновской или, лучше, стеклодувной горелки и затем добавим кусочки цинка; можно и сразу поместить кусочки обоих металлов в тигель. Латунь 60 содержит, например, 60 весовых частей мели и 40 весовых частей цинка (В СССР так называемые двойные латуни тоже маркируются по содержанию меди. Марка Л80, например, означает, что в латуни содержится 79–81 % меди, а остальное — цинк. — Прим. перев.).

Для литья цинка под давлением применяют сплав, содержащий около 94 % цинка, 4 % алюминия и 2 % меди.

Закалка стали

Самое большое значение среди всех сплавов имеют стали различных составов. Простые конструкционные стали состоят из железа относительно высокой чистоты с небольшими (0,07-0,5 %) добавками углерода, а легированные стали получают, добавляя к железу кремний, медь, марганец, никель, хром, вольфрам, ванадий и молибден.

Мы удовлетворимся некоторыми простыми опытами. Для экспериментов по закалке возьмем отслужившие лезвия безопасной бритвы. Применим не только простые стальные лезвия, но и лезвия из нержавеющей легированной стали, такие как «Polsilver» или «Chroma» (Можно воспользоваться лезвием «Ленинград». — Прим. перев.). Лезвия изготовлены из очень мягкого материала, ими нельзя, например, поцарапать стекло. Если взять лезвие пинцетом или щипцами и подержать в несветящемся пламени бунзеновской горелки, то поверхность его станет сначала желтой, затем голубой и наконец серой. Это в результате нагревания появились цвета побежалости в тонких пленках железной окалины Fе₃O₄. Если светло-красное раскаленное лезвие быстро погрузить в холодную воду, то слой, образовавшийся в окислительной атмосфере, отделится в виде блесток. Сталь станет хрупкой и легко сломается при сгибании. Но зато повысится ее твердость, так что можно будет без труда поцарапать стекло. Чтобы избавиться от хрупкости, сохранив большую твердость, после быстрого охлаждения сталь «отпускают», короткое время нагревая ее при температуре 220–700 °C в зависимости от качества и целей применения.

Если на закрытой плитке или на масляной бане (Осторожно!) нагреть лезвия до 230–330 °C, мы опять увидим сначала желтый, затем коричневый, красный, голубой и, наконец, серый цвета побежалости. Часто граммофонные иглы и лезвия безопасных бритв обрабатывают «отпуском» до желтого цвета при 230 °C, часовые стрелки — до светло-голубого при 310 °C, пилы и ножи — до василькового при 295 °C.

Исключительные механические свойства при отличной коррозионной стойкости имеют высоколегированные, и потому дорогие, хромоникелевые стали. Самую распространенную из них мы уже упоминали на стр. 87 как сталь 18/8. Входящий в ее состав хром, образуя пассивирующую поверхностную пленку (подробнее см. в разделе «Небольшой курс электрохимии металлов»), сильно повышает коррозионную стойкость, а добавка никеля улучшает механические свойства,

В нескольких опытах убедимся прежде всего в том, что пробы из нержавеющей стали (нержавеющие лезвия, сломанные ножи) почти не разрушаются сильной азотной или серной кислотой. Однако соляная кислота, вследствие частичного разрушения защитного слоя, подвергает сталь сквозной коррозии. Чтобы перевести в раствор небольшое количество металла, обработаем в пробирке стальную пробу царской водкой. (Царская водка состоит из 3 объемных частей концентрированной соляной и 1 части концентрированной азотной кислоты. Внимание! Смесь очень агрессивна, пары ядовиты!). Затем осторожно разбавим раствор водой примерно в пятикратном размере, нейтрализуем, постепенно добавляя раствор соды, и проведем описанные выше реакции обнаружения хрома, никеля и молибдена. Часто нержавеющие стали содержат около 2 % молибдена — это дополнительно увеличивает твердость изготовленных из них инструментов.

Мы предоставляем самому читателю подвергнуть коррозионным испытаниям железные или стальные пробы различного происхождения и обработки. Для этой цели частично погрузим их в водные растворы, которые находятся на дне стеклянных сосудов (например, стеклянных банок). Рекомендуем проверить действие обычной и дистиллированной воды, соленой воды, растворов хлорида магния, аммиака, сернистой кислоты, а также разбавленных минеральных и органических кислот. В малоагрессивных жидкостях ржавчина интенсивнее всего образуется вблизи поверхности раствора, потому что здесь самое высокое содержание кислорода. Сильное коррозионное воздействие оксида серы (IV) является важнейшей проблемой при очистке промышленных отработанных газов, которые выделяются в процессе переработки угля и руд и содержат SO₂.

НЕБОЛЬШОЙ КУРС ЭЛЕКТРОХИМИИ МЕТАЛЛОВ

Мы уже познакомились с электролизом растворов хлоридов щелочных металлов и получением металлов с помощью расплавов Сейчас попробуем на нескольких несложных опытах изучить некоторые закономерности электрохимии водных растворов, гальванических элементов, а также познакомиться с получением защитных гальванических покрытий. Электрохимические методы применяются в современной аналитической химии, служат для определения важнейших величин теоретической химии. Наконец, коррозия металлических предметов, которая наносит большой урон народному хозяйству, в большинстве случаев является электрохимическим процессом.

Ряд напряжения металлов

Основополагающим звеном для понимания электрохимических процессов является ряд напряжения металлов. Металлы можно расположить в ряд, который начинается с химически активных и заканчивается наименее активными благородными металлами: Li, Rb, К, Ва, Sr, Са, Mg, AI, Be, Mn, Zn, Cr, Ga, Fe, Cd, Tl, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, As, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Так выглядит, по новейшим представлениям, ряд напряжений для важнейших металлов и водорода. (О ряде напряженно уже упоминалось. Здесь этот ряд представлен в том виде, который соответствует 1 н. водным растворамсолей металлов при температуре 25 °C и нормальном атмосферном давлении.

Учитываются также и некоторые другие условия: концентрация кислоты или щелочи, способность к комплексообразованию и пр. В связи с тем, что не нее Эти условия могут быть строго выдержаны, приведенный ряд носит ориентировочный характер. — Прим. ред.)

Если из двух любых металлов ряда изготовить электроды гальванического элемента, то на предшествующем в ряду материале появится отрицательное напряжение. Величина напряжения (разность потенциалов) зависит от положения элемента в ряду напряжении и от свойств электролита.

Сущность ряда напряжения установим из нескольких простых опытов, для которых нам понадобятся источник тока и электрические измерительные приборы.

Металлические покрытия, "деревья" и "ледяные узоры" без тока

Растворим около 10 г кристаллического сульфата меди в 100 мл воды и погрузим в раствор стальную иглу или кусочек железной жести. (Рекомендуем предварительно до блеска зачистить железо тонкой наждачной шкуркой.) Через короткое время железо покроется красноватым слоем выделившейся меди. Более активное железо вытесняет медь из раствора, причем железо растворяется в виде ионов, а медь выделяется в виде металла. Процесс продолжается до тех пор, пока раствор находится в контакте с железом. Как только медь покроет всю поверхность железа, он практически прекратится. В этом случае образуется довольно пористый слой меди, так что защитные покрытия без применения тока получать нельзя.

В следующих опытах опустим в раствор сульфата меди небольшие полоски цинковой и свинцовой жести. Через 15 минут вытащим их, промоем и исследуем под микроскопом. Мы различим красивые, похожие на ледяные, узоры, которые в отраженном свете имеют красную окраску и состоят из выделившейся меди. Здесь также более активные металлы перевели медь из ионного в металлическое состояние.

В свою очередь, медь может вытеснять металлы, стоящие ниже в ряду напряжений, то есть менее активные. На тонкую полоску листовой меди или на расплющенную медную проволоку (предварительно зачистив поверхность до блеска) нанесем несколько капель раствора нитрата серебра. Невооруженным взглядом можно будет заметить образовавшийся черноватый налет, который под микроскопом в отраженном свете имеет вид тонких игл и растительных узоров (так называемых дендритов).

Чтобы выделить цинк без тока, необходимо применить более активный металл. Исключая металлы, которые бурно взаимодействуют с водой, находим в ряду напряжений выше цинка магний. Несколько капель раствора сульфата цинка поместим на кусок магниевой ленты или на тонкую стружку электрона. Раствор сульфата цинка получим, растворив кусочек цинка в разбавленной серной кислоте. Одновременно с сульфатом цинка добавим несколько капель денатурата. На магнии через короткий промежуток времени заметим, особенно под микроскопом, выделившийся в виде тонких кристалликов цинк.

В общем, любой член ряда напряжения может быть вытеснен из раствора, где он находится в виде иона, и переведен в металлическое состояние. Однако при испытании всевозможных комбинаций, нас может постичь разочарование. Казалось бы, если полоску алюминия погрузить в растворы солей меди, железа, свинца и цинка, на ней должны выделяться эти металлы. Но этого, однако, не происходит. Причина неудачи кроется не в ошибке в ряду напряжений, а основана на особом торможении реакции, которое в данном случае обусловлено тонкой оксидной пленкой на поверхности алюминия. В таких растворах алюминий называют пассивным.

ЗАГЛЯНЕМ ЗА КУЛИСЫ

Чтобы сформулировать закономерности протекающих процессов, мы можем ограничиться рассмотрением катионов, а анионы исключить, так как они сами в реакции не участвуют. (Правда, на скорость осаждения влияет вид анионов.) Если для простоты предположить, что и выделяющийся и растворенный металлы двухвалентные, то можно записать:

Me₁ + Ме₂²⁺ —> Me₁²⁺ + Ме₂

причем для первого опыта Mei = Fe, Мег = Си. Итак, процесс состоит в обмене зарядами (электронами) между атомами и ионами обоих металлов. Если отдельно рассматривать (в качестве промежуточных реакций) растворение железа или осаждение меди, то получим:

Fe —> Fe²⁺ + 2е^-

Cu²⁺ + 2е^- —> Сu

Теперь рассмотрим случай, когда металл погружен в воду или в раствор соли, с катионом которой обмен невозможен из-за его положения в ряду напряжений. Несмотря на это, металл стремится перейти в раствор в виде иона. При этом атом металла отдает два электрона (если металл двухвалентный), поверхность погруженного в раствор металла заряжается по отношению к раствору отрицательно, а на границе раздела образуется двойной электрический слой. Эта разность потенциалов препятствует дальнейшему растворению металла, так что процесс вскоре приостанавливается. Если в раствор погрузить два различных металла, то они оба зарядятся, но менее активный — несколько слабее, в силу того, что его атомы менее склонны к отщеплению электронов. Соединим оба металла проводником. Вследствие разности потенциалов поток электронов потечет от более активного металла к менее активному, который образует положительный полюс элемента. Протекает процесс, при котором более активный металл переходит в раствор, а катионы из раствора выделяются на более благородном металле.

Сущность гальванического элемента

Проиллюстрируем теперь несколькими опытами приведенные выше несколько абстрактные рассуждения (которые к тому же представляют собой грубое упрощение).

Сначала наполним химический стакан вместимостью 250 мл до середины 10 %-ным раствором серной кислоты и погрузим в нее не слишком маленькие куски цинка и меди. К обоим электродам припаяем или приклепаем медную проволоку, концы которой не должны касаться раствора.

Пока концы проволоки не соединены друг с другом, мы будем наблюдать растворение цинка, которое сопровождается выделением водорода. Цинк, как следует из ряда напряжения, активнее водорода, поэтому металл может вытеснять водород из ионного состояния. На обоих металлах образуется двойной электрический слой. Разность потенциалов между электродами проще всего обнаружить с помощью вольтметра. Непосредственно после включения прибора в цепь стрелка укажет примерно 1 В, но затем напряжение быстро упадет. Если подсоединить к элементу маленькую лампочку, потребляющую напряжение 1 В, то она загорится — сначала довольно сильно, а затем накал станет слабым.

По полярности клемм прибора можно сделать вывод, что медный электрод является положительным полюсом. Это можно доказать и без прибора, рассмотрев электрохимию процесса. Приготовим в маленьком химическом стакане или в пробирке насыщенный раствор поваренной соли, добавим примерно 0,5 мл спиртового раствора индикатора фенолфталеина и погрузим оба замкнутых проволокой электрода в раствор. Около отрицательного полюса будет наблюдаться слабое красноватое окрашивание, которое вызвано образованием на катоде гидроксида натрия.

В других опытах можно помещать в ячейку различные пары металлов и определять возникающее напряжение. Например, магний и серебро дадут особенно большую разность потенциалов благодаря значительному расстоянию между ними ряду напряжений, а цинк и железо, наоборот, очень маленькую, менее десятой доли вольта. Применяя алюминий, мы не получим из-за пассивации практически никакого тока.

Все эти элементы, или, как говорят электрохимики, цепи, имеют тот недостаток, что при съемке тока на них очень быстро падает напряжение.

Поэтому электрохимики всегда измеряют истинную величину напряжения в обесточенном состоянии с помощью метода компенсации напряжения, то есть сравнивая его с напряжением другого источника тока.

Рассмотрим процессы в медно-цинковом элементе несколько подробнее. На катоде цинк переходит в раствор по следующему уравнению:

Zn —> Zn²⁺ + 2е^-

На медном аноде разряжаются ионы водорода серной кислоты. Они присоединяют электроны, поступающие по проволоке от цинкового катода и в результате образуются пузырьки водорода:

2Н⁺ + 2е^- —> Н₂

Через короткий промежуток времени медь покроется тончайшим слоем пузырьков водорода. При этом медный электрод превратится в водородный, а разность потенциалов уменьшится. Этот процесс называют поляризацией электрода. Поляризацию медного электрода можно устранить, добавив в ячейку после падения напряжения немного раствора бихромата калия. После этого напряжение опять увеличится, так как бихромат калия окислит водород до воды. Бихромат калия действует в этом случае как деполяризатор.

На практике применяют гальванические цепи, электроды которых не поляризуются, или цепи, поляризацию которых можно устранить, добавив деполяризаторы.

В качестве примера неполяризуемого элемента рассмотрим элемент Даниэля, который раньше часто использовали как источник тока. Это тоже медно-цинковый элемент, но оба металла погружены в различные растворы. Цинковый электрод помещается в пористой глиняной ячейке, наполненной разбавленной (примерно 20 %-ной) серной кислотой. Глиняную ячейку подвешивают в большом стакане, в котором находится концентрированный раствор сульфата меди, а на дне — слой кристаллов сульфата меди. Вторым электродом в этом сосуде служит цилиндр из медного листа.

Этот элемент можно изготовить из стеклянной банки, имеющейся в продаже глиняной ячейки (в крайнем случае используем цветочный горшок, закрыв отверстие в дне) и двух подходящих по размеру электродов.

В процессе работы элемента цинк растворяется с образованием сульфата цинка, а на медном электроде выделяются ионы меди. Но при этом медный электрод не поляризуется и элемент дает напряжение около 1 В. Собственно, теоретически напряжение на клеммах составляет 1,10 В, но при съеме тока мы измеряем несколько меньшую величину, вследствие электрического сопротивления ячейки.

Если мы не снимем ток с элемента, нужно вытащить цинковый электрод из раствора серной кислоты, потому что иначе он будет растворяться с образованием водорода.

Схема простой ячейки, для которой не требуется пористой перегородки, показана на рисунке. Цинковый электрод расположен в стеклянной банке наверху, а медный — вблизи дна. Вся ячейка наполнена насыщенным раствором поваренной соли. На дно банки насыплем горсть кристаллов сульфата меди. Образующийся концентрированный раствор сульфата меди будет смешиваться с раствором поваренной соли очень медленно. Поэтому при работе элемента на медном электроде будет выделяться медь, а в верхней части ячейки будет растворяться цинк в виде сульфата или хлорида.

Сейчас для батарей используют почти исключительно сухие элементы, которые более удобны в употреблении. Их родоначальником является элемент Лекланше. Электродами служат цинковый цилиндр и угольный стержень. Электролит представляет собой пасту, которая в основном состоит из хлорида отверстие в дне) и двух подходящих по размеру электродов.

Цинковый электрод

В процессе работы элемента цинк растворяется с образованием сульфата цинка, а на медном электроде выделяются ионы меди. Но при этом медный электрод не поляризуется и элемент дает напряжение около 1 В. Собственно, теоретически напряжение на клеммах аммония. Цинк растворяется в пасте, а на угле выделяется водород. Чтобы избежать поляризации, угольный стержень опускают в полотняный мешочек со смесью из угольного порошка и пиролюзита. Угольный порошок увеличивает поверхность электрода, а пиролюзит действует как деполяризатор, медленно окисляя водород. Правда, деполяризующая способность пиролюзита слабее, чем у упоминавшегося ранее бихромата калия. Поэтому при получении тока в сухих элементах напряжение быстро падает, они «утомляются» вследствие поляризации. Только через некоторое время происходит окисление водорода пиролюзитом. Таким образом, элементы «отдыхают», если некоторое время не пропускать ток. Проверим это на батарейке для карманного фонарика, к которой подсоединим лампочку. Параллельно лампе, то есть непосредственно на клеммы, подключим вольтметр. Сначала напряжение составит около 4,5 В. (Чаще всего в таких батарейках последовательно включены три ячейки, каждая с теоретическим напряжением 1,48 В.) Через некоторое время напряжение упадет, накал лампочки ослабеет. По показаниям вольтметра мы сможет судить, как долго батарейке нужно отдыхать.

Особое место занимают регенерирующие элементы, известные под названием аккумуляторы. В них протекают обратимые реакции, и их можно перезаряжать после разрядки элемента, подключив к внешнему источнику постоянного тока.

В настоящее время наиболее распространены свинцовые аккумуляторы; в них электролитом служит разбавленная серная кислота, куда погружены две свинцовые пластины. Положительный электрод покрыт пероксидом свинца РЬO₂, отрицательный представляет собой металлический свинец. Напряжение на клеммах составляет примерно 2,1 В. При разрядке на обеих пластинах образуется сульфат свинца, который опять превращается при зарядке в металлический свинец и в пероксид свинца.

НАНЕСЕНИЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Осаждение металлов из водных растворов с помощью электрического тока является процессом, обратным электролитическому растворению, с которым мы познакомились при рассмотрении гальванических элементов. Прежде всего исследуем осаждение меди, которое используют в медном кулонометре для измерения количества электричества.

Металл осаждается током

Отогнув концы двух пластин из тонкой листовой меди, подвесим их на противоположных стенках химического стакана или, лучше, маленького стеклянного аквариума. Клеммами прикрепим к пластинам провода.

Электролит приготовим по следующему рецепту: 125 г кристаллического сульфата меди, 50 г концентрированной серной кислоты и 50 г спирта (денатурата), остальное — вода до 1 литра. Для этого сначала растворим сульфат меди в 500 мл воды, затем осторожно, маленькими порциями добавим серную кислоту (Нагревание! Жидкость может разбрызгиваться!), после этого вольем спирт и доведем водой до объема 1 л.

Готовым раствором наполним кулонометр и включим в цепь переменное сопротивление, амперметр и свинцовый аккумулятор. С помощью сопротивления отрегулируем ток таким образом, чтобы его плотность составила 0,02—0,01 А/см² поверхности электродов. Если медная пластина имеет площадь 50 см², то сила тока должна находиться в пределах 0,5–1 А.

Через некоторое время на катоде (отрицательный электрод) начнет выделяться светло-красная металлическая медь, а на аноде (положительный электрод) медь будет переходить в раствор. Чтобы очистить медные пластины, будем пропускать ток в кулонометре около получаса. Затем вытащим катод, осторожно высушим его с помощью фильтровальной бумаги и точно взвесим. Установим в ячейке электрод, замкнем цепь с помощью реостата и будем поддерживать постоянную силу тока, например 1 А. Через час разомкнем цепь и опять взвесим высушенный катод. При токе 1 А за час работы его масса увеличится на 1,18 г.

Следовательно, количество электричества, равное 1 ампер-часу, при прохождении через раствор может выделить 1,18 г меди. Или в общем: выделившееся количество вещества прямо пропорционально количеству прошедшего через раствор электричества.

Чтобы выделить 1 эквивалент иона, необходимо пропустить через раствор количество электричества, равное произведению заряда электрода е на число Авогадро n_a:

eN_A= 1,6021∙10^-19 * 6,0225∙10²³ = 9,65∙10⁴ А*с*моль^-1

Эта величина обозначается символом F и называется в честь первооткрывателя количественных законов электролиза числом Фарадея (точное

Значение F — 96 498 А с*моль^-1). Следовательно, для выделения из раствора данного числа эквивалентов n_э через раствор следует пропустить количество электричества равное Fn₃ А*с*моль-1.

Иначе говоря,

It = Fn₃

Здесь I — ток, t — время прохождения тока через раствор.

В разделе «Основы титрования» уже было показано, что число эквивалентов вещества n₃ равно произведению числа молей на валентность: n_э = n*Z

Следовательно: I*t = F*n*Z

В данном случае Z — заряд ионов (для Аg⁺ Z = 1, для Cu²⁺ Z = 2, для Al³⁺ Z = 3 и т. д.). Если выразить число молей в виде отношения массы к мольной массе (n = m/М), то мы получим формулу, которая позволяет рассчитать все процессы, происходящие при электролизе:

I*t=F*m*Z/M

По этой формуле можно вычислить ток:

I = F*m*Z/(t*M) = 9,65*10⁴*1,18*2/(3600*63,54) А*с*г*моль/с*моль*г = 0,996 А. Если ввести соотношение для электрической энергии W_эл

W_эл = U*I*t и W_эл/U = I*t то, зная напряжение U, можно вычислить:

W_эл = F*m*Z*U/M

Можно также рассчитать, сколько времени необходимо для электролитического выделения определенного количества вещества или сколько вещества выделится за определенное время.

Во время опыта плотность тока необходимо поддерживать в заданных пределах. Если она будет меньше 0,01 А/см², то выделится слишком мало металла, так как будут частично образовываться одновалентные ионы меди. При слишком высокой плотности тока сцепление покрытия с электродом будет слабым и при извлечении электрода из раствора оно может осыпаться.

На практике гальванические покрытия на металлах применяют прежде всего для защиты от коррозии и для получения зеркального блеска.

Кроме того, металлы, особенно медь и свинец, очищают с помощью анодного растворения и последующего выделения на катоде (электролитическое рафинирование).

Чтобы покрыть железо медью или никелем необходимо сначала тщательно очистить поверхность предмета. Для этого отполируем ее отмученным мелом и последовательно обезжирим разбавленным раствором едкого натра, водой и спиртом. Если предмет покрыт ржавчиной, надо протравить его заранее в 10–15 %-ном растворе серной кислоты.

Очищенное изделие подвесим в электролитической ванне (маленький аквариум или химический стакан), где оно будет служить в качестве катода.

Раствор для нанесения медного покрытия содержит в 1 л воды 250 г сульфата меди и 80-100 г концентрированной серной кислоты (Осторожно!). В данном случае анодом будет служить медная пластинка. Поверхность анода примерно должна быть равна поверхности покрываемого предмета. Поэтому надо всегда следить, чтобы медный анод висел в ванне на такой же глубине, как и катод.

Процесс будем проводить при напряжении 3–4 В (две аккумуляторные батареи) и плотности тока 0,02-0,4 А/см². Температура раствора в ванне должна составлять 18–25 °C.

Обратим внимание на то, чтобы плоскость анода и покрываемая поверхность были параллельны друг другу. Предметы сложной формы лучше не использовать. Варьируя длительность электролиза, можно получать медное покрытие разной толщины.

Часто прибегают к предварительному меднению для того, чтобы на этот слой нанести прочное покрытие из другого металла. Особенно часто это применяется при хромировании железа, никелировании цинкового литья и в других случаях. Правда, для этой цели используют очень ядовитые цианидные электролиты.

Для приготовления электролита для никелирования в 450 мл воды растворим 25 г кристаллического сульфата никеля, 10 г борной кислоты или 10 г цитрата натрия. Цитрат натрия можно приготовить самим, нейтрализовав раствор 10 г лимонной кислоты разбавленным раствором едкого натра или раствором соды. Анодом пусть будет пластина никеля возможно большей площади, а в качестве источника напряжения возьмем аккумулятор. Величину плотности тока с помощью переменного сопротивления будем поддерживать равной 0,005 А/см². Например, при поверхности предмета 20 см² надо работать при силе тока 0,1 А. После получаса работы предмет будет уже отникелирован. Вытащим его из ванны и протрем тканью. Впрочем, процесс никелирования лучше не прерывать, так как тогда слой никеля может запассивироваться и последующее никелевое покрытие будет плохо держаться.

Чтобы достичь зеркального блеска без механической полировки, введем в гальваническую ванну так называемую блескообразующую добавку. Такими добавками служат, например, клей, желатина, сахар. Можно ввести в никелевую ванну, например, несколько граммов сахара и изучить его действие.

Чтобы приготовить электролит для хромирования железа (после предварительного меднения), в 100 мл воды растворим 40 г ангидрида хромовой кислоты СrО₃ (Осторожно! Яд!) и точно 0,5 г серной кислоты (ни в коем случае не больше!). Процесс протекает при плотности тока около 0,1 А/см², а в качестве анода используется свинцовая пластина, площадь которой должна быть несколько меньше площади хромируемой поверхности.

Никелевые и хромовые ванны лучше всего слегка подогреть (примерно до 35 °C). Обратим внимание на то, что электролиты для хромирования, особенно при длительном процессе и высокой силе тока, выделяют содержащие хромовую кислоту пары, которые очень вредны для здоровья. Поэтому хромирование следует проводить под тягой или на открытом воздухе, например на балконе.

При хромировании (а в меньшей степени и при никелировали) не весь ток используется на осаждение металла. Одновременно выделяется водород. На основании ряда напряжений следовало бы ожидать, что металлы, стоящие перед водородом, вообще не должны выделяться из водных растворов, а напротив должен был бы выделяться менее активный водород. Однако здесь, как и при анодном растворении металлов, катодное выделение водорода часто тормозится и наблюдается только при высоком напряжении. Это явление называют перенапряжением водорода, и оно особенно велико, например, на свинце. Благодаря этому обстоятельству может функционировать свинцовый аккумулятор. При зарядке аккумулятора вместо РЬО₂ на катоде должен бы возникать водород, но, благодаря перенапряжению, выделение водорода начинается тогда, когда аккумулятор почти полностью заряжен.

4. Химия углерода

ЗАГЛЯНЕМ В ПРОШЛОЕ

Нашей планете уже около 5 миллиардов лет. Вначале она, вероятно, была раскаленным газовым шаром. Позднее в результате конденсации газов возникли металлы, камень, а потом и вода. К этому времени лишь некоторые газы окружали Землю, образуя ее первоначальную атмосферу. Однако прошло несколько миллиардов лет, а планета все еще был мертва. Только около миллиарда лет назад из неживой материи появились простейшие формы жизни.

В те далекие времена в атмосфере не было чистого кислорода, но было много углекислого газа (диоксида углерода). Растения — точно так же, как и теперь — строили из него и из влаги, содержащейся в почве, сложные соединения углерода. При этом в атмосферу выделялся свободный кислород. Так постепенно образовалась современная атмосфера, содержащая много кислорода и очень мало углекислого газа.

Соединения углерода, которые накапливались в растениях ранних эпох, большей частью подверглись превращениям под влиянием анаэробных бактерий. Из остатков отмерших растений образовались торф и каменный уголь. Этому процессу способствовало высокое давление минеральных отложений, которые постепенно осаждались на остатках растений. Движение земной коры, связанное с образованием гор, также благоприятствовало появлению угля, поскольку при этом повышались давление и температура. Признаки обильного и повсеместного растительного покрова нашей планеты особенно отчетливо обнаруживаются в каменном угле той эпохи, которая началась приблизительно 400 миллионов лет назад и длилась около 55 миллионов лет. Разумеется, эти растения отличались от современных. Судя по отпечаткам на каменном угле, в лесу тогда преобладали гигантские папоротники и плауны. По остаткам в современных образцах угля можно получить ясное представление о растительном и животном мире того времени.

Нефть и природный газ возникали на дне огромных озер и морей, где было необычайно много водорослей и водных животных. Погибая, они погружались на дно и без доступа воздуха, под влиянием бактерий превращались в гниющий гл. При гниении выделялся ядовитый сероводород, губительно действующий на остальные живые организмы. Из органических веществ возникали вначале жирные кислоты, а позднее — нефть и природный газ. Особенно благоприятными условиями для таких процессов отличался пермский период палеозойской эры. Именно с тех пор существуют многие из крупных месторождений нефти.

На территории, где в наши дни находится ГДР, не образовывалось больших запасов каменного угля и нефти. Небольшие запасы угля обнаружены в Цвиккау и Фрейтале вблизи Дрездена. Нефть и природный газ удалось найти лишь в последние годы в результате планомерного бурения скважин в Тюрингии, Бранденбурге и Мекленбурге. Управление народных предприятий нефтяной промышленности в Стендале получило задание освоить эти, хотя и не очень богатые, но все же выгодные месторождения. Большая часть нефти для химической промышленности ГДР поступает из Советского Союза по нефтепроводу «Дружба» протяженностью более 2000 км, который подходит к городам Шведту и Лёйне.

От 40 до 60 миллионов лет в наших широтах преобладал теплый субтропический климат. Благодаря теплу и высокой влажности в этот период, который называется третичным, возникли обильные заболоченные леса. Из хвойных деревьев чаще всего встречались секвойи, болотный кипарис и разные виды сосны. Смешанный лес третичного периода украшали лиственные породы — пальмы, коричные лавры и камфарные деревья, магнолии, каштаны и дубы. Одновременно появился богатый животный мир, причем большую долю его составляли млекопитающие. Однако болотистая почва лесов третичного периода была благоприятной средой и для жизни насекомых, птиц, крокодилов и змей. Из остатков погибших растений и животных образовался тот самый бурый уголь, который в настоящее время используется во многих отраслях народного хозяйства. Он служит одним из важнейших видов сырья для химической промышленности.

Бензин и бытовой газ, растворители, пластмассы и красители, новые лекарства и духи — все продукты органической химии рождаются из этого сырья. За многие миллионы лет природа накопила богатейшие запасы углерода и его соединений. И если сейчас мы все еще вынуждены сжигать значительную часть этого сырья для получения энергии, то это, в сущности, неразумное расточительство. Будем надеяться, что атомная энергия вскоре позволит нам использовать уголь и нефть только как сырье для химической промышленности.

БОЛОТНЫЙ ГАЗ

И сейчас в болотах гниют растения. Гниющий ил можно найти в стоячей воде пруда или вблизи от берега медленно текущего ручья. Происходящие при этом химические превращения подобны тем процессам, с образование угля и нефти. Проверим это с помощью опыта.

Получим болотный газ

Принесем из пруда немного ила. Можно взять вместо него и землю со дна болота. Вместе с илом или землей там же наберем воды. Этим илом заполним на одну треть большую стеклянную банку из-под консервов. После этого доверху нальем в банку болотной воды. Сверху укрепим стеклянную воронку, а к ней куском резинового шланга присоединим короткую стеклянную трубку с оттянутым концом. Выход из воронки закроем с помощью зажима на резиновом шланге. Прибор выдержим несколько дней в достаточно теплом месте, например около плиты или печки. Нужно только иметь в виду, что гниение сопровождается неприятным запахом.

Постепенно образуются пузырьки газа, заполняющие воронку. После этого можно с осторожностью приоткрыть зажим и тотчас поджечь выделяющийся газ. Горение обусловлено, в основном, тем, что в состав болотного газа входит метан.

Метан — первое в ряду соединение углерода. Он содержит только углерод и водород. Формула метана СН₄. В его молекуле четыре атома водорода связаны с одним атомом углерода. Однако изображенная здесь формула не дает полного представления о пространственном строении молекулы метана. Исследования показали, что все четыре атома водорода находятся в вершинах правильного тетраэдра, то есть расположены одинаково относительно атома углерода, который находится в центре.

Метан получается не только при гниении. Много метана содержится в смеси газов, которая образуется при сухой перегонке угля. Кроме того, он является главной составной частью многих природных газов, а также побочным продуктом переработки нефти. В настоящее время метан служит важнейшим сырьем для получения водорода, оксида углерода СО и других веществ. При неполном сгорании метана получается сажа (углерод в тонкоизмельченном состоянии), которая используется, в частности, как наполнитель в производстве резины.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Углерод конечно, нельзя отнести к числу наиболее распространенных химических элементов. В земной коре его всего лишь 0,12 %. Но от всех остальных элементов он отличается исключительным разнообразием химических соединений. Число известных в настоящее время соединений углерода более чем вдвое превышает количество соединений всех остальных элементов, вместе взятых.

Такое своеобразие углерода объясняется особыми способностями его атомов к образованию химических связей. Как правило углерод четырехвалентен. Его атомы могут присоединяться друг к другу с образованием более или менее длинных цепей а также колец. Остающиеся при этом свободные единицы валентности легко насыщаются водородом. В результате получаются углеводороды. С простейшим из них — метаном — мы уже познакомились. Следующий, более сложный углеводород называется этаном. Его молекула содержит два атома углерода и шесть атомов водорода. Присоединение третьего атома углерода и насыщение свободных валентностей водородом приводит к образованию пропана с формулой С₃Н₈. Следующий углеводород с четырьмя атомами углерода называется бутаном и имеет состав С₄Н₁₀. Так же можно составить все более длинные углеродные цепи. Сейчас известны члены ряда с более чем 100 атомами углерода. Углеводороды от метана до бутана при нормальных условиях газообразны. Начиная с пентана у которого пять атомов углерода, они представляют собой жидкости. Соединения, содержащие 17 и больше атомов углерода, при комнатной температуре являются твердыми веществами.

Углеводороды метан, этан, пропан, бутан и т. д. образуют ряд соединений, очень близких друг к другу по строению и химическим свойствам. В таблице "Ряд алканов" указаны названия и формулы важнейших членов этого ряда. Очевидно, что каждое последующее вещество отличается по составу от предыдущего наличием дополнительной группы СН₂. Новому общая формула углеводородов с n атомами углерода С_nН_2n+2. Таким образом, число атомов водорода в молекуле на 2 больше, чем удвоенное число атомов углерода. Эти два дополнительных атома водорода находятся по концам углеродной цепи. Такой ряд соединений называется гомологическим рядом. Названия отдельных членов приведенного ряда углеводородов оканчиваются суффиксом «ан», и все вместе они называются алканами.

Жидкие и твердые алканы содержатся, главным образом, в нефти, а также в смоле, полученной из бурого угля. Алканы преимущественно с шестью — десятью атомами углерода, например октан, входят в состав бензина. Следующие за ними в ряду жидкие алканы — главная составная часть дизельного топлива и смазочных масел. Смесь твердых углеводородов этого ряда получила название парафин.

Известны алканы не только с прямой, но и с разветвленной углеродной цепью. Например, для углеводорода С₄Н₁₀ возможны два варианта строения:

Для следующего за ним углеводорода С₅Н₁₂ возможны уже три структуры:

ЭТЕН — ненасыщенный углеводород

В алканах все свободные валентности атомов углерода насыщены атомами водорода. Поэтому их называют еще насыщенными углеводородами, В отличие от них, ненасыщенные углеводороды содержат меньше водорода. Свободные валентности соседних атомов углерода взаимодействуют в них друг с другом и образуют двойные или тройные связи. В структурных формулах такие связи изображаются двумя или тремя черточками между соответствующими атомами углерода. Очевидно, что ненасыщенные углеводороды, если расположить их в порядке увеличения числа атомов углерода, тоже образуют гомологические ряды. Простейшие и в то же время наиболее важные в технике ненасыщенные углеводороды имеют в молекуле одну двойную или тройную связь. В первом случае они называются алкенами, а во втором — алкинами.

Первые представители этого ряда — этен (этилен) (Н₂С=СН₂) и этин (ацетилен) (НС=СН). Этен и этин являются важнейшими промежуточными продуктами в технологии органического синтеза. Оба эти газа в настоящее время производятся во всем мире в огромных количествах путем каталитической переработки углеводородов нефти. Кроме того, большое значение имеет способ получения этина из карбида кальция и воды.

Изучение свойств ненасыщенных углеводородов начнем с этена, который легко можно получить из спирта и серной кислоты.

Соберем простой прибор. Для этого понадобятся две пробирки. К одной из них подберем пробку с двумя отверстиями и вставим в нее изогнутую стеклянную трубку и термометр со шкалой до 250 °C. Все соединения должны быть достаточно плотными, чтобы образующийся газ мог выходить только через трубку.

В пробирку поместим 2 мл денатурированного спирта и осторожно, малыми порциями, добавим 5 мл концентрированной серной кислоты (только в защитных очках!). При этом смесь очень сильно разогреется, и мы сразу же почувствуем приятный запах — это выделяется этен, пока в малом количестве. Можно добавить в пробирку еще 1–2 г мелкого чистого песка, чтобы ускорить реакцию. Однако можно этого и не делать.

Во вторую пробирку нальем 5-10 мл 10 %-ного раствора соды (карбоната натрия) и добавим несколько капель раствора перманганата калия. Раствор должен получиться интенсивно фиолетовым, но не слишком темным. Он называется реактивом Байера (В советской химической литературе способ определения строения непредельных соединений путем их окисления разбавленным раствором перманганата калия получил название реакции Вагнера. Эта реакция была открыта Е.Е. Вагнером в 1887 году и описана в «Журнале Русского физико-химического общества» за 1888 г., т. 20, стр. 72 — Прим. перев.)

Теперь соберем прибор и будем нагревать первую пробирку горелкой Бунзена до тех пор, пока термометр, погруженный в смесь спирта с серной кислотой, не покажет 150–170 °C.

По стеклянной трубке отводится газообразный этен (теперь мы легко узнаем его по приятному запаху). Пропустим его через реактив Байера. Вскоре раствор обесцветится и одновременно выделятся коричневые хлопья оксида марганца (IV).

Если найдется немного бромной воды, можно разбавить ее водой в соотношении 1:1 и через полученную бурую жидкость пропустить этен. (Осторожно! Пары брома действуют на глаза и дыхательные пути). (Об опасности работы с бромом см. стр. 218. Места, обожженные бромом, следует тщательно протереть бензином до отсутствия запаха брома, а затем втереть в кожу глицерин. Немедленно после ожога бром можно смыть также бензолом или 10 %-ным раствором тиосульфата (гипосульфита) натрия. Последний продается в магазинах фототоваров. — Прим. перев.)

Окраска бромной воды исчезнет. После этого можно поджечь этен, все еще выделяющийся из изогнутой стеклянной трубки. Он горит светящемся, слегка коптящим пламенем.

Ненасыщенные углеводороды, в противоположность насыщенным, легко вступают в химические реакции. Так, в нашем опыте этен окислялся кислородом из перманганата калия, а перманганат калия при этом восстанавливался. Так же, как правило, ведут себя по отношению к реактиву Байера и другие ненасыщенные углеводороды. Реакционная способность этих веществ объясняется тем, что их двойные или тройные связи расщепляются с образованием простых связей. При этом за счет свободных валентностей присоединяются атомы или группы атомов, например кислород или бром.

Уравнения реакций:

СН₂ = СН₂ + 1/2 0₂ + Н₂O — > НО-СН₂-СН₂-ОН

СН₂ = СН₂ + Br₂ — > Вг-СН₂-СН₂-Вг

Применение этена и этина (ацетилена) в промышленности обусловлено тем, что, в отличие от алканов, они обладают высокой реакционной способностью. Именно благодаря ей на основе этена и этина можно построить множество различных органических соединений.

ОБНАРУЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ В ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВАХ

Большинство органических соединений состоит преимущественно из углерода и водорода. Уже знакомые нам углеводороды содержат только эти два элемента. В остальных же органических соединениях, со многими из которых мы познакомимся позже, содержатся еще один или несколько других элементов, чаще всего кислород, галогены (хлор, бром, йод), азот и сера.

Приведенные ниже простые опыты во многих случаях пригодны для качественного определения азота, галогенов и серы.

Обнаружение азота

Чтобы выяснить, есть ли в веществе азот, пробу греют в пробирке с избытком натронной извести. Если ее нет, можно заменить ее смесью гидроксида натрия (едкого натра) с избытком негашеной извести. Проследим только, чтобы в верхней части пробирки не осталось приставших частиц извести. Заткнем пробирку кусочком ваты, а на него положим увлажненную полоску красной лакмусовой бумаги. Пробирку нагреем на горелке Бунзена (маленьким пламенем) — сначала слабо, потом сильнее. Синее окрашивание индикаторной бумаги указывает на присутствие азота. Определение основано на том, что содержащийся в органических веществах связанный азот при нагревании с натронной известью (или еще по одному способу — с концентрированной серной кислотой) во многих случаях превращается в аммиак.

Обнаружение галогенов

Во многих случаях галогены в органических соединениях можно обнаружить с помощью пробы Бейльштейна. Возьмем не слишком тонкую медную проволоку без изоляции, зачистим ее и загнем один конец петелькой. В петле укрепим кусочек пористой керамики ("кипелку"). Прокалим этот конец проволоки в несветящейся зоне пламени горелки, пока не исчезнет зеленая окраска пламени. Затем погрузим петельку в исследуемую жидкость или поместим на нее пробу твердого вещества. Если теперь снова внести проволоку в несветящуюся зону пламени, то присутствие галогена обнаруживается по зеленому (иод) или голубовато-зеленому (хлор, бром) окрашиванию пламени. Правда, эта проба очень чувствительна. Поэтому часто галоген обнаруживается даже в том случае, когда исследуемое вещество загрязнено малым количество содержащей галоген примеси. Некоторые соединения (муравьиная и бензойная кислоты, различные неорганические вещества) мешают определению, так как они сами окрашивают пламя в зеленый цвет.

Обнаружение серы

Для обнаружения серы обычно прокаливают пробу с металлическим натрием. При этом сера переходит в сульфид, который обнаруживают с помощью нитропруссида натрия. Мы выберем другой способ, чтобы обойтись без труднодоступного и опасного натрия.

На кончике шпателя возьмем пробу исследуемого вещества и поместим ее в маленькую фарфоровую чашку. Добавим немного концентрированной или лучше дымящей азотной кислоты и сильно нагреем чашку. Делать это нужно в вытяжном шкафу или на открытом воздухе. При этом кислота улетучивается. К остатку еще раз добавим азотную кислоту и снова выпарим. Растворим остаток в воде и при необходимости отфильтруем раствор. Если в пробе исследуемого вещества содержалась сера, то при смешивании полученного раствора с раствором хлорида бария выпадет осадок нерастворимого сульфата бария.

С помощью этих реакций можно испытать на содержание азота, серы или хлора самые разнообразные органические вещества. Попробуйте исследовать, например, жидкость для выведения пятен, средства для борьбы с молью и другими вредителями, остатки лекарств в домашней аптечке, кусочек рыбы, образцы шерсти, различных пластмасс и т. д.

Кислород в органических соединениях, как правило, определяется косвенным методом. Для этого находят процентное содержание всех остальных элементов и вычитают его из 100 %. Основателем количественного анализа соединений углерода— элементного анализа — был Либих (1803–1873). С тех пор элементный анализ непрерывно совершенствовался и в наши дни достиг высокого уровня. Сейчас можно точно определить процентное содержание различных элементов при наличии лишь 1 мг вещества. Благодаря этому удалось выяснить состав очень редких природных веществ, например гормонов, стимуляторов роста и красителей, придающих окраску бабочкам.

Зная состав исследуемого вещества и определив его молекулярную массу, можно установить брутто-формулу. В конечном счете цель химика-органика состоит в том, чтобы точно выяснить структурную формулу, т. е. установить строение. Для этого он должен обстоятельно изучить химические свойства вещества, то есть его поведение по отношению к различным реагентам. Необходимо исследовать продукты его превращений — расщепления, термического разложения и т. д. Часто для того, чтобы надежно установить строение сложного соединения, необходима упорная работа в течение многих лет (Примером может служить почти двадцатилетняя работа (с 1865 по 1883 г) выдающегося немецкого химика Байера с сотрудниками, в результате которой удалось выяснить строение природного красителя индиго. В последние годы наряду с классическими методами все большее значение приобретают новые, обычно менее трудоемкие, физические методы установления строения органических соединений. Для ознакомления с достоинствами и недостатками тех и других методов рекомендуем прочитать статью В.Р.Полищука «Состязание с Адольфом Байером» в журнале «Химия и жизнь» № 9 за 1972 год — Прим. перев.) Для многих известных соединений углерода эта задача не решена до сих пор.

В настоящее время успешно расшифрованы очень сложные структуры белков и нуклеиновых кислот. Последние играют важную роль в передаче наследственных признаков и воспроизведении белков. Например, удалось не только выяснить точное строение, но и полностью осуществить синтез сложного белка инсулина, недостаток которого, как известно, приводит к сахарной болезни. Выяснение точного расположения органических оснований в гигантских молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) дает ключ к познанию механизма передачи генетической информации. Таким образом, стирается граница между органической химией и биологией клетки. Возникшая на стыке наук молекулярная биология в будущем, несомненно, позволит сознательно изменять наследственные признаки биологических объектов.

УГОЛЬ — КОКС — СМОЛА — ГАЗ

Уголь в том состоянии, в каком он находится в природе, не годится для непосредственного использования в химической промышленности. Его нужно предварительно облагородить, превратив в как можно более чистые углерод и углеводороды.

Один из самых крупных потребителей угля — металлургия. В доменных печах уголь служит одновременно топливом и восстановителем для оксидных руд. Но при использовании только что добытого (так называемого сырого) каменного или бурого угля печи загрязнялись бы смолой. Поэтому раньше для выплавки чугуна применяли только очень чистый древесный уголь. Лишь к началу XIX в. научились коксовать каменный уголь и использовать в доменном процессе получаемый кокс.

Химической промышленности для получения углеводородов и других органических соединений нужны кокс, смола (побочный продукт коксования) и газы, получаемые при коксовании угля. Коксовые газы служат, кроме того, ценным горючим. Об этом свидетельствует, в частности, и наш повседневный опыт использования, газа в быту.

Германская Демократическая Республика располагает очень богатыми запасами бурого угля, тогда как каменный уголь ей приходится большей частью покупать за рубежом. Поэтому коксохимическая промышленность ГДР основана, главным образом, на переработке бурого угля.

Сырой бурый уголь содержит 45–55 % воды. Он не годится на топливо, поскольку при его сжигании большая часть тепловой энергии бесполезно расходуется на испарение воды. При высушивании на воздухе содержание воды в угле понижается до 15–20 %, а брикеты бурого угля содержат воды еще меньше — от 10 до 18 %. Сырой уголь поступает на переработку только в виде брикетов.

В результате сухой перегонки, то есть при нагревании без доступа воздуха с улавливанием выделяющихся летучих веществ, брикеты превращаются в кокс, смолу и газ. Применяются два способа такой переработки бурого угля. Первый, более старый способ, при котором бурый уголь нагревают только до 500–600 °C называется полукоксованием. При таких условиях ценные углеводороды улетучиваются. Остаток — полукокс — получается недостаточно прочным и поэтому непригоден для металлургии. Его перерабатывают с целью получения углеводородов. В отличие от полукоксования, способ высокотемпературного коксования, разработанный химиками Билкенротом и Раммлером, позволяет производить такой кокс, который можно использовать для выплавки чугуна в специальных низкошахтных печах.

Наряду с использованием в металлургии буроугольный высокотемпературный кокс все шире применяют в других отраслях промышленности в качестве ценного сырья и топлива.

Коксование каменного угля и высокотемпературное коксование бурого угля требуют температур порядка 1000 °C и более. Поэтому провести такой опыт нам не удастся. Но мы можем осуществить полукоксование бурого угля. Можно провести и сухую перегонку древесины, которая, хотя и ограниченно, но еще применяется в промышленности ГДР (В СССР в 70-е годы сухой перегонке (пиролизу) подвергалось около 7 млн м³ древесины в год, главным образом с целью получения древесного угля и древесной смолы, причем масштабы производства возрастали — Прим. перев.). С нее мы и начнем, потому что этот опыт проще. Кроме того, перегонка древесины позволит нам лучше разобраться в сущности других, сходных с ней процессов.

ПОСТРОИМ УСТАНОВКУ ПОЛУКОКСОВАНИЯ

Сухую перегонку древесины и полукоксование бурого угля можно провести с очень малыми количествами веществ — даже в пробирке. Таким образом, с основами процесса можно ознакомиться при наличии хотя бы самого простого оборудования. В этом случае нам понадобится установка для перегонки.

Однако, чтобы дистиллята хватило для дальнейшей работы, сосуд для перегонки должен быть не менее 1 л. Таким образом, прежде всего нам нужно достать и приспособить для работы подходящий сосуд. Лучше всего подойдет металлическая реторта, которая может оказаться в школьной химической лаборатории. Но можно использовать и любой другой закрытый стальной сосуд — лишь бы в нем было отверстие, закрывающееся не слишком большой пробкой.

Годятся, например, сварные сосуды из листового железа, маленькие газовые баллоны, не очень длинные обрезки труб с заваренным дном или жестяные банки.

Можно даже взять старый эмалированный кофейник. В крышке его надо просверлить отверстие и подобрать к нему пробку. Кроме того, придется попросить сварщика наглухо приварить крышку к корпусу.

Если постараться, наверняка можно найти что-нибудь подходящее среди металлолома или отходов механической мастерской. Вероятно, в этом смогут помочь и на том предприятии, где вы проходите производственную практику.

Подобранный сосуд перед первым опытом нужно тщательно отмыть горячей водой, отскрести ершом и песком, так как остатки бензина или других горючих жидкостей могут во время опыта внезапно привести к пожару. Чтобы избежать опасности, вначале проверим также сосуд на устойчивость к нагреванию. Сильным пламенем — на плите или паяльной грелкой — нагреем его до красного каления (оттенок должен быть темно-красным). Если после этого в сосуде не появится трещин и герметичность швов не нарушится, то он годится в качестве перегонного куба.

Затем подберем к отверстию сосуда подходящую пробку. В нее нужно вставить стеклянную трубку, по которой будут отводиться летучие продукты перегонки. Пробка должна быть достаточно устойчивой к высокой температуре. Сосуд типа баллона лучше всего закрыть резиновой пробкой, а нижнюю поверхность ее защитить от нагревания шайбой — металлической или из асбестового картона. В шайбе, конечно, должно быть отверстие для стеклянной трубки — такого же диаметра, как и в пробке. Кроме того, чтобы защитить боковую поверхность, соприкасающуюся с раскаленным металлом, пробку нужно обмотать тонкой полоской из листового алюминия или другого мягкого и устойчивого к нагреванию до 500 °C материала.

Если отверстие перегонного куба шире, чем у баллона, например когда используется обрезок трубы, запаянный с одного конца, то можно закрыть его тщательно подогнанной деревянной пробкой конической формы. Такую пробку нетрудно сделать самому. Нижнюю поверхность ее тоже необходимо защитить асбестовой шайбой, а боковую — обмоткой. Правда, одну и ту же деревянную пробку удастся использовать лишь несколько раз. Перед каждым опытом ее придется подгонять к отверстию, осторожно постукивая по ней молотком. Стеклянную трубку нужно уплотнить в отверстии деревянной пробки с помощью кусочка резинового шланга.

Некоторые читатели, вероятно, смогут предложить и свои собственные усовершенствования. Но в любом случае необходимо вначале проверить полностью собранную установку, чтобы исключить возможность утечки горючих газов и паров в тех местах, где соединения недостаточно надежны. Для этого проведем "холостой опыт", т. е. опыт с пустым, не заполненным углем или древесиной перегонным кубом.

В качестве перегонного куба в крайнем случае годится колба из тугоплавкого стекла, но ее можно нагревать только до 500 °C. Кроме того, после опыта колба настолько загрязнится, что ее едва ли удастся хорошо отмыть.

Теперь нам понадобится мощный источник тепла, позволяющий нагреть куб до требуемой температуры. Процесс осуществляется полностью только при температуре около 500 °C, то есть при нагревании железа до красного каления. В крайнем случае можно нагревать до 350–400 °C, однако при этом процесс происходит лишь частично. Тепла, которое дает обычная горелка Бунзена, для этого не хватит, потому что оно расходуется на всю относительно большую поверхность перегонного куба. Стальной сосуд вместимостью около 1 л можно довести до требуемой температуры хотя бы в нижней его части путем длительного нагревания на кухонной газовой плите как можно более сильным пламенем. Можно нагревать и паяльной горелкой — в начале при полностью открытом подводе газа без подачи воздуха, а затем большим пламенем при умеренной поступлении воздуха. Наконец, подойдет и плита, которую топят углем. В этом случае тоже необходимо сильно нагревать сосуд непосредственно голым пламенем. Если сосудом для полукоксования служит стеклянная колба, то рекомендуется поставить ее в большую кастрюлю, дно которой покрыто слоем песка высотой около 1 см. Тогда колба не должна разбиться.

В качестве холодильника лучше всего взять обыкновенную, не слишком тонкую стеклянную трубку, плотно обвитую спиралью из тонкой свинцовой трубки. Через свинцовый змеевик во время опыта нужно непрерывно пропускать воду.

Ни холодильник Либиха (прямой), ни шариковый холодильник применять в установке для полукоксования не стоит: они так сильно загрязнятся, что их потом не отмыть. По той же причине в качестве приемника возьмем не слишком дорогую широкогорлую коническую колбу (колбу Эрленмейера) или молочную бутылку на 250 мл. Закроем приемник резиновой пробкой с двумя отверстиями. В одно из них должна входить охлаждаемая стеклянная трубка, выходящая из перегонного куба. В другое отверстие вставим более тонкую, согнутую под прямым углом стеклянную трубку для отвода горючих газов и паров.

Приемник поместим в баню, через которую во время опыта будем все время пропускать холодную воду. Теперь, когда все приготовления закончены — для этого, разумеется, пришлось потрудиться — приступим к первому опыту.

Сухая перегонка древесины

Лучшая древесная смола получается из как можно более сухой буковой древесины. Из других лиственных пород образуются более или менее подобные продукты, тогда как древесина хвойных пород из-за высокого содержания в ней природной смолы дает при перегонке смолу несколько иного состава.

Лучше всего нам удастся воспроизвести перегонку буковой древесины в промышленности, если мы возьмем тщательно высушенные куски дерева из старой мебели. Попробуем, например, использовать для этой цели остатки старого прабабушкиного комода, который отец только что разломал и выбросил. Кусок дерева измельчим — расколем и распилим его на кубики с длиной ребра около 1 см или щепки размером 1,5–2 см — и заполним ими свой перегонный куб.

Теперь соберем установку и включим нагрев и охлаждение. Уже через довольно короткий промежуток времени, осторожно вдыхая пары, мы почувствуем на выходе из трубки для отвода газа специфический запах паленой древесины. Этот запах, пожалуй, нельзя назвать неприятным. Вскоре в приемнике появляются первые капли дистиллята. Из отводной трубки выходят только газы [в основном, диоксид углерода (углекислый газ) и метан]. Если поднести к отверстию этой трубки горящую спичку, их можно поджечь. В дальнейшем коксовые газы будут все время гореть сами светящимся пламенем. Поскольку они имеют сильный запах и содержат диоксид углерода, помещение необходимо все время хорошо проветривать.

Перегонка занимает не менее часа. В конце опыта нужно нагревать очень сильно, чтобы древесина обуглилась полностью. В это время отгоняется, в основном, древесная смола, образующая в приемнике белый дым. Дистиллят расслаивается на коричневатую водную жидкость в смолу. Когда перегонка прекратится, закончим опыт. Перегонный куб откроем только после охлаждения, потому что сильно нагретый древесный уголь при соприкосновении с воздухом легко самовоспламеняется.

Из 100 г древесины получается около 35 г древесного угля и 45 мл дистиллята, а остальная часть древесины превращается в газы.

Разотрем древесный уголь в порошок и насыплем в склянку. Он еще пригодится нам для обесцвечивания растворов. Именно так его используют и в промышленности, прежде всего в производстве сахара.

Из дистиллята выделим древесную смолу (деготь). Для этого после отстаивания осторожно отделим и отфильтруем водный слой. При испытании лакмусовой бумажкой он обнаруживает сильнокислую реакцию. Это объясняется присутствием в нем 10–12 % уксусной кислоты. Именно поэтому полученное вещество называют древесным уксусом. Кроме того, в нем содержатся метанол — от 2 до 4 %, малое количество ацетона (пропанона) и другие вещества.

Состав древесной смолы очень сложен. Она находит разнообразное применение, например, ею смолят лодки и пропитывают древесину (железнодорожные шпалы, деревянные бруски для покрытия проезжей части мостов и т. д.) с целью защиты от гниения. Перегонкой можно разделить древесную смолу на жидкое креозотовое масло и древесный пек, которые тоже используются в народном хозяйстве. Например, колбасы при обработке парами креозота "коптятся" и тем самым предохраняются от порчи.

Березовый деготь служит для пропитки натуральной кожи и придает ей своеобразный запах.

Для дальнейшей переработки нальем древесный уксус в колбу и соединим ее с дефлегматором. В верхнее отверстие дефлегматора вставим термометр для измерения температуры паров, а отводную трубку соединим с холодильником, необходимым для конденсации паров. Можно взять холодильник Либиха или снова стеклянную трубку с наружным свинцовым змеевиком. Осторожно нагреем колбу на водяной бане. Приемником вначале может служить маленькая пробирка. При 80–85 °C медленно отгоняется несколько капель прозрачной жидкости. Она состоит преимущественно из ядовитого метанола, который кипит уже при 64,7 °C, малого количества ацетона и других веществ. Плотно закроем пробирку пробкой — полученный "древесный спирт" нам еще понадобится.

Когда при 85 °C ничего уже больше не отгоняется, уберем водяную баню и остаток в колбе на асбестированной сетке нагреем горелкой Бунзена до кипения. Через некоторое время отгоняется вода и уксусная кислота, а растворенные в древесном уксусе составные части смолы (фенолы, креозот) остаются. Когда отгонится приблизительно три четверти жидкости, закончим перегонку. К дистилляту будем понемногу добавлять известь до тех пор, пока он не перестанет окрашивать лакмусовую бумажку в красный цвет. При этом известь реагирует с уксусной кислотой с образованием хорошо растворимого этаната (ацетата) кальция, то есть кальциевой соли уксусной кислоты. Раствор профильтруем и осторожно упарим до получения упомянутой соли в виде серого порошка. Слишком сильно нагревать нельзя, потому что иначе этанат кальция преждевременно разложится. В технике эту соль называют серым древесноуксусным порошком. Сохраним этанат кальция и позднее используем его для получения уксусной кислоты и ацетона. Кто не хочет предварительно перегонять древесный уксус, может сразу нейтрализовать его известью и упарить. В этом случае полученный порошок будет довольно сильно загрязнен фенолами.

В промышленности уксусную кислоту сейчас уже не выделяют обходным путем через ее кальциевую соль, а непосредственно извлекают органическими растворителями, которые не смешиваются с водой. При встряхивании с таким растворителем уксусная кислота из водного раствора переходит в слой добавленного растворителя.

Полукоксование бурого угля

В следующем опыте заполним сосуд для коксования кусочками бурого угля размером в горошину — для этого надо измельчить брикеты. По возможности будем нагревать еще сильнее, чем при сухой перегонке древесины. В остальном же опыт полностью сходен с предыдущим. Вскоре появится характерный запах коксующегося угля. Так же как и в предыдущем опыте, газы можно сначала поджечь, а потом они будут гореть сами. Наряду с метаном, диоксидом углерода и аммиаком (в присутствии аммиака можно убедиться с помощью стеклянной палочки, предварительно погруженной в концентрированную соляную кислоту) они содержат малое количество ядовитого оксида углерода.

В приемнике собирается коричневатая жидкость — подсмольная вода, коричневато-черная смола и сырой парафин. Последний осаждается на стенках приемника желто-коричневатым слоем. Из 250 г бурого угля получается 15–25 г смолы и сырого парафина и около 40 мл подсмольной воды.

Сосуд для коксования мы и на этот раз откроем только когда он совсем остынет, чтобы предотвратить возможное самовоспламенение. В сосуде остается так называемый буроугольный полукокс. Как мы уже знаем, в отличие от каменноугольного кокса и буроугольного высокотемпературного кокса, он хрупок и поэтому не годится для выплавки чугуна. Однако это превосходное топливо, используемое в специальных печах для отопления помещений, а также на электростанциях. Кроме того, в газогенераторах Винклера из него получают газы, применяемые в химическом синтезе и в качестве топлива.

Дистиллят с помощью декантации разделим на подсмольную воду и смесь смолы с парафином, которую можно выскрести ложкой.

В подсмольной воде, которую мы используем для следующих опытов, содержатся, прежде всего, фенолы. Добавив к ней двойной объем этанола (годится и денатурат), можно в значительной мере отделить фенолы, так как они, в отличие от углеводородов, хорошо растворяются в спирте. В оставшейся мягкой массе наряду с небольшим количество спирта содержатся, в основном, жидкие и твердые углеводороды парафинового ряда (алканы). Фракционированной перегонкой из нее можно получить бензин, среднее масло, мягкий и твердый парафин. Можно использовать эту смесь и без предварительного разделения. Позднее мы будем окислять ее с целью получения жирных кислот.

Итак, как мы уже убедились, полукоксование и коксование бурого угля при высокой температуре дают горючие газы, смолу и полукокс или, соответственно, высокотемпературный кокс.

Несмотря на огромные объемы современных коксовых печей, коксовых газов явно не хватает для того, чтобы полностью обеспечить горючим газом промышленность. Поэтому на многих предприятиях, где перерабатывается уголь, из него в результате неполного окисления получают так называемый воздушный, или генераторный газ:

С + ¹/₂ O₂ = СО; Q = 122,67 кДж (29,3 ккал)

Этот газ, который, разумеется, содержит и неизмененный азот воздуха, затем сжигают:

СО + ¹/₂ O₂ = СO₂; Q = 283,45 кДж (67,7 ккал)

Неполное сгорание угля с образованием оксида углерода — "угарного газа", СО — независимо от нашего желания всегда может происходить в любой печи, если она не вовремя закрыта. Угарный газ очень ядовит, отравление им приводит к несчастным случаям.

В промышленности сырой бурый уголь или полукокс газифицируют в крупных газогенераторах. В наши дни для этого применяются аппараты непрерывного действия. В той зоне газогенератора, куда подается воздух, вначале уголь сгорает полностью с образованием диоксида углерода СО2. В расположенном выше слое угля, нагретом сверх 1000 °C, СО₂ вследствие недостатка кислорода восстанавливается до СО. Весь процесс в целом происходит самопроизвольно, так как неполное сгорание углерода по приведенному выше уравнению тоже осуществляется с выделением тепла. Этого тепла достаточно для того, чтобы поддерживалась требуемая высокая температура угля. Напротив, образование водяного газа требует дополнительного подвода тепла. Водяной газ образуется при действии водяного пара на раскаленный уголь:

С + Н₂O = СО + Н₂; Q = -221,06 кДж (-52,8 ккал)

Водяной газ в настоящее время производится тоже, в основном, на установках непрерывного действия, причем благодаря подаче чистого кислорода часть угля сгорает, так что общий тепловой эффект положителен. Водяной газ — это смесь оксида углерода с водородом, которая может содержать и диоксид углерода. Для обычного отопления водяной газ слишком дорог. Ввиду высокой теплоты сгорания его применяют для получения очень высоких температур (для сварки), а также в качестве ценной добавки к бытовому газу. Водяной газ служит одним из важнейших видов сырья в промышленном органическом синтезе. В качестве так называемого синтез-газа он применяется для получения бензина и метанола. Кроме того, из водяного газа получают водород для синтеза аммиака.

КАРБИД ВСЕ ЕЩЕ НУЖЕН

Все мы знакомы с карбидом кальция. При действии воды он образует горючий газ, используемый для так называемой автогенной сварки. В былые времена газовые лампы, заряженные карбидом, использовались в велосипедных фонарях и даже в мотоциклах и автомобилях. Сейчас такие лампы стали музейными экспонатами.

Формула карбида кальция — СаС₂. Он образуется из негашеной извести и кокса при температуре порядка 2000 °C:

СаО + 3С = СаС₂ + СО

Получение карбида кальция

В химическом кружке при наличии маленькой электродуговой печи, а также требуемого источника тока можно получить немного карбида кальция. В маленький графитовый тигель или в углубление, выдолбленное в толстом угольном электроде, поместим смесь равных (по массе) количеств оксида кальция (негашеной извести) и кусочков головку. Избыточный уголь при действии опыта показана на рисунке.

Верхний электрод приведем в соприкосновение со смесью, создавая электрическую дугу. Смесь проводит ток благодаря кусочкам угля. Пусть дуга горит 20–30 минут при наибольшем возможном токе. Глаза нужно защитить от яркого света очками с очень темными стеклами (очки для сварки).

После остывания смесь превращается в расплав, который, если опыт прошел успешно, содержит маленькие кусочки карбида. Чтобы проверить это, полученную массу поместим в воду и соберем образующиеся пузырьки газа в пробирке, перевернутой вверх дном и заполненной водой.

Если же электродуговой печи в лаборатории нет, то легко можно получить газ из имеющегося в продаже карбида кальция. Заполним газом несколько пробирок — полностью, наполовину, на одну треть и т. д. Заполнять газом более широкие сосуды, например стаканы, нельзя, потому что вода вытечет из них, и в стаканах получатся смеси газа с воздухом. При их воспламенении, как правило, происходит сильный взрыв.

Карбид кальция взаимодействует с водой по уравнению:

СаС₂ + 2Н₂O = Са(ОН)₂ + С₂Н₂

Наряду с гидроксидом кальция (гашеной известью) эта реакция приводит к образованию этина — ненасыщенного углеводорода с тройной связью. Благодаря этой связи этин проявляет высокую реакционную способность.

Исследование этина

Докажем присутствие в этине (ацетилене) ненасыщенной связи с помощью реактива Байера или бромной воды. Для этого поместим реактив в пробирку и пропустим через него этин. Его мы получим в другой пробирке из нескольких кусочков карбида кальция. Эту пробирку закроем резиновой пробкой с двумя отверстиями. В одно из них заранее вставим стеклянную трубку с изогнутым концом — он должен быть погружен в пробирку с реактивом. В другое отверстие вставим капельную воронку и кран ее вначале закроем. Можно взять вместо нее и простую стеклянную воронку, заменив кран зажимом, как при получении метана. В воронку нальем воду и, осторожно приоткрывая кран, будем медленно, по каплям, добавлять ее к карбиду. Ввиду взрывоопасности этина проведем опыт вблизи от открытого окна или в вытяжном шкафу. Вокруг ни в коем случае не должно быть открытого пламени или включенных нагревательных приборов.

Этин в чистом состоянии представляет собой газ со слегка одурманивающим запахом. Этин, полученный из технического карбида, всегда загрязнен неприятно пахнущими ядовитыми примесями фосфористого водорода (фосфина) и мышьяковистого водорода (арсина). Смеси этина с воздухом, содержащие от 3 до 70 % этина, взрывоопасны. Этин очень легко растворяется в ацетоне. В виде такого раствора его можно хранить и перевозить в стальных баллонах (Чистый этин почти не обладает запахом. Смеси его с воздухом взрываются от искры в более широком интервале концентраций этина — от 2,3 до 80,7 %. — Прим. перев.).

Этин можно превратить в очень многие соединения, которые, в частности, приобрели большое значение для производства пластмасс, синтетического каучука, лекарств и растворителей. Например, при присоединении к этину хлористого водорода образуется винилхлорид (хлористый винил) — исходное вещество для получения поливинилхлорида (ПВХ) и пластмасс на его основе. Из этина же получают этаналь, с которым мы еще познакомимся, а из него — многие другие продукты.

В ГДР самым крупным производителем и одновременно потребителем этина является комбинат синтетического бутадиенового каучука в Шкопау. Почта 90 % из 400 продуктов этого гигантского предприятия получается полностью или частично из этина. Кроме того, большие количества карбида кальция выпускают азотный завод в Пистерице и электрохимический завод в Гиршфельде. В 1936 г. на территории, где ныне находится ГДР, производилось 206000 т карбида. В 1946 г. производство снизилось до 30000 т, но уже в 1951 г. повысилось до 678 000 т, а в 1955 г. превысило 800 000 т. С 1972 г. только упомянутый комбинат синтетического каучука получает ежегодно более 1 млн. т. карбида.

Эти цифры свидетельствуют об огромном значении карбида кальция и связанных с ним процессов.

В будущем технология, основанная на применении карбида, станет все больше вытесняться более выгодным нефтехимическим производством, созданным в ГДР в Шведте и Лёйне-2. Главным недостатком карбидного метода получения этина является исключительно большой расход электроэнергии. В самом деле, на комбинате в Щкопау только одна современная карбидная печь «съедает» от 35 до 50 мегаватт. А ведь там работают целые батареи таких печей! На производство карбида кальция в ГДР тратится более 10 % всей добываемой электроэнергии.

НЕКОТОРЫЕ ИЗ 800000 CОЕДИНЕНИЙ

Молодой немецкий химик, профессор Фридрих Вёлер в 1828 г. впервые получил органическое соединение — мочевину — путем синтеза из неорганических исходных веществ. В середине прошлого века шведский химик Якоб Берцелиус синтезировал уже более 100 различных органических соединений. (Нельзя не упомянуть здесь и других основоположников органического синтеза. В 1842 г. русский химик Н. Н. Зинин впервые синтезировал анилин, который раньше получали только из растительного сырья. В 1845 г. немецкий химик Кольбе синтезировал уксусную кислоту, в 1854 г. француз Бертло — жиры, в 1861 г. А. М. Бутлеров — сахаристое вещество. Интересные сведения о жизни и деятельности этих ученых содержатся, в частности, в книге К. Манолова «Великие химики». Т. 1 и 2. Пер. с болг. (М., Изд. «Мир», 1976). — Прим. перев.)

С тех пор тысячи химиков во всех странах в результате настойчивого и тяжелого труда создали или выделили из природных источников множество новых органических веществ. Они исследовали их свойства и опубликовали результаты своих работ в научных журналах.

К началу XX в. было исследовано уже около 50 000 различных органических соединений, большей частью полученных путем синтеза. К 1930 г. число их выросло до 300000, а в настоящее время число полученных в чистом виде и не следованных органических соединений, по-видимому, намного превышает 800 000. Тем не менее возможности еще далеко не исчерпаны. Каждый день во всем мире находят и исследуют все новые и новые вещества.

Большинство органических соединений не нашло практического применения. Многие из них знакомы по личному опыту лишь очень узкому кругу химиков. Несмотря на это, затраченный труд был отнюдь не напрасным, так как некоторые вещества оказались ценными красителями, лекарствами или материалами нового типа. Нередко бывает, что вещество, которое известно уже несколько десятков лет и давно описано в научной литературе, неожиданно приобретает большое практическое значение. Например, недавно открыта активность некоторых сложных соединений по отношению к насекомым-вредителям. Вполне вероятно, что и другие соединения, которые до сих пор упоминаются только в старых, покрытых пылью научных журналах, в ближайшее же время найдут применение как красители, лекарственные средства или в какой-либо другой области. Не исключено даже, что они приобретут исключительное значение в народном хозяйстве.

Теперь самостоятельно получим и исследуем несколько веществ, особенно важных в промышленности.

ВИННЫЙ СПИРТ И ЕГО РОДСТВЕННИКИ

Система прежде всего! Вступая в мир органической химии, можно сразу же заблудиться, если предварительно не ознакомиться с классами органических соединений и основами языка органической химии. В самом деле, ведь большинство органических веществ можно разделить на группы со сходным строением и подобными свойствами. Химики, используя латинские и греческие корни, и, кроме того, в значительной мере выдуманную ими абракадабру, создали такую хорошо продуманную систему названий, которая сразу же подсказывает специалисту, к какому классу следует отнести те или иные вещества. Одна беда: наряду с названиями по единым правилам международной номенклатуры для многих соединений до сих пор употребляются их собственные названия, связанные с происхождением этих соединений, их наиболее примечательными свойствами или другими факторами. Поэтому для многих соединений в этой книге придется приводить несколько названий.

Мы уже знакомы с насыщенными и ненасыщенными углеводородами Насыщенные углеводороды называются алканами, ненасыщенные с двойной связью — алкенами, а с тройной — алкинами. Нам известно, что эти углеводороды, если расположить их в порядке увеличения числа атомов углерода, образуют гомологические ряды.

Наряду с углеводородами большое значение имеют такие органические соединения, которые содержат еще кислород. Рассмотрим сначала три ряда кислородсодержащих органических соединений:

алканолы (спирты)

алканали (альдегиды)

алкановые кислоты (прежнее название — карбоновые кислоты)

Производными метана являются следующие соединения:

СН₃-ОН Метанол (метиловый спирт)

Н-СНО метаналь (формальдегид, муравьиный альдегид)

Н-СООН метановая кислота (муравьиная кислота)

Производными этана являются следующие представители этих трех классов соединений:

СН₃-СН₂-ОН Этанол (этиловый спирт)

СН₃- СНО этаналь (ацетальдегид, уксусный альдегид)

СН₃- СООН этановая кислота (уксусная кислота)

Точно так же для всех последующих углеводородов известны родственные или кислородсодержащие соединения. В общем виде производным любых углеводородов соответствуют формулы:

R-ОН Алканол (спирт)

R-CHO алканаль (альдегид)

R-COOH алкановая кислота (карбоновая кислота)

Число возможных соединений этих трех классов резко увеличится, если мы учтем, что у высших углеводородов каждый изомер образует различные кислородные соединения Так, бутану и изобутану соответствуют разные спирты — бутиловый и изобутиловый:

СН₃-СН₂-СН₂-СН₃ бутан

СН₃-СН₂-СН₂-ОН бутанол-1 (бутиловый спирт)

СН₃-СН(СН₃) — СН₃ 2-метилпропан (изобутан)

СН₃-СН (СН₃) — СН₂-ОН 2-метилпропанол-1 (изобутиловый спирт)

Кроме того, появляются еще дополнительные изомеры, вследствие того, что характерные кислородсодержащие группы, например, спиртовая группа ОН могут быть связаны либо с крайними цепи, либо с одним из промежуточных атомов углерода. Примерами могут служить пропиловый и изопропиловый спирты:

СН₃-СН₂-СН₃ Пропан

СН₃-СН₂-СН₂-ОН пропанол-1 (пропиловый спирт)

СН₃-СН (ОН) — СН₃ пропанол-2 (изопропиловый спирт)

Группы, характерные для классов соединений, называются функциональными группами. К числу таких групп относится, например, гидроксильная группа ОН алканолов и карбоксильная группа СООН карбоновых кислот. Позднее мы познакомимся с некоторыми примерами функциональных групп, содержащих не кислород, а другие элементы. Изменение функциональных групп и введение их в молекулы органических веществ, как правило, является главной задачей органического синтеза.

Разумеется, в одной молекуле и одновременно может быть несколько одинаковых или разных групп. Мы узнаем о нескольких представителях и этого ряда веществ — соединений с несколькими функциями.

Однако, довольно теории! Приступим, наконец, к опытам — получим указанные выше кислородсодержащие производные метана и этана, осуществим их превращения и исследуем их свойства. Эти соединения, названия которых нам давно известны, имеют очень большое значение для химической технологии. Пусть же они помогут нам познакомиться с основами промышленного органического синтеза, хотя мы и не сможем непосредственно воспроизвести промышленный способ их производства. Кроме того, они дадут нам представление о важнейших свойствах классов соединений.

Исследование метанола

При сухой перегонке древесины мы уже получили несколько капель неочищенного метанола (метилового спирта). В настоящее время подавляющая часть метанола получается путем синтеза из водяного газа:

СО + 2Н₂ = СН₃ОН

Составные части водяного газа соединяются с образованием метанола. Кроме того, в незначительном количестве образуются и высшие спирты. Этот процесс требует температуры 400 °C, давления 200 ат и ускоряется в присутствии оксидных катализаторов.

Метанол служит растворителем и промежуточным продуктом в производстве красителей. Но главным потребителем его является производство пластмасс, для которого нужны большие количества метаналя (формальдегида). Метаналь же получается при окислении метанола кислородом воздуха. В промышленности смесь паров метанола и воздуха при 400 °C пропускают над медным или серебряным катализатором.

Чтобы смоделировать этот процесс, согнем в спираль кусочек медной проволоки диаметром 0,5–1 мм и щипцами внесем его в несветящуюся зону пламени горелки Бунзена. Проволока раскаляется и покрывается слоем оксида меди (II). Поместим полученный нами раньше метанол (10 капель) в достаточно широкую пробирку и опустим в него раскаленную медную спираль. Вследствие нагревания метанол испаряется и под влиянием катализатора — меди — соединяется с кислородом с образованием метаналя (мы узнаем его по характерному резкому запаху). При этом поверхность медной проволоки восстанавливается. Реакция происходит с выделением тепла. При больших количествах паров метанола и воздуха медь остается разогретой до тех пор, пока реакция не завершится. Отметим, что метанол очень ядовит! Поэтому не будем проводить опыт с большими количествами.

Даже маленький глоток метанола может вызвать полную потерю зрения, а иногда и смерть. Поэтому метанол всегда нужно хранить так, чтобы ни в коем случае никто не мог по ошибке выпить его. Впрочем, метанол наряду с другими соединениями специально добавляют в малом количестве к спирту, который используется для горения, с целью его денатурации. Поэтому денатурированный спирт тоже ядовит!

Опыты с метаналем

Следующие опыты проведем с продажным формалином. Формалин-это 35–40 %-ный раствор метаналя (формальдегида) в воде. Обычно он содержит еще малое количество непрореагировавшего ядовитого метанола. Сам метаналь вызывает свертывание белков и, следовательно, тоже является ядом.

Проведем ряд простых опытов. В пробирке или маленькой колбочке упарим несколько миллилитров формалина. Получится белая труднорастворимая масса, пробу которой мы затем нагреем в другой пробирке. При этом она улетучится, и по запаху чувствуется, что опять образовался метаналь. В чистом состоянии метаналь представляет собой газ, который при обычном давлении и -19 °C превращается в жидкость. Уже на холоду и в еще большей степени при легком нагревании или в присутствии кислот метаналь начинает полимеризоваться. При этом множество его молекул соединяется друг с другом и образует длинные цепи параформа:

…СН₂-О-СН₂-О-СН₂-О-СН₂-О…

Сильное нагревание приводит к обратному превращению параформа в метаналь.

Полимеризация характерна для многих алканалей и свидетельствует о присутствии в них ненасыщенной связи. Реакции полимеризации лежат в основе получения многих пластмасс. Метаналь постепенно полимеризуется и в растворе с образованием все более длинных цепных молекул. Такой полимеризованный формалин можно регенерировать путем нагревания параформа и поглощения выделяющихся при этом паров метаналя водой.

Метаналь и другие алканали (альдегиды) дают с так называемым реактивом Шиффа характерную цветную реакцию, которая может служить для их распознавания. Приготовим реагент, взяв на кончике скальпеля немного красителя фуксина и растворив его в нескольких миллилитрах теплой дистиллированной воды. К этому раствору порциями, до обесцвечивания, будем добавлять водный раствор сернистой кислоты. Нальем в пробирку несколько миллилитров полученного таким образом реактива, добавим несколько капель раствора метаналя и перемешаем. Вскоре появится фиолетовое окрашивание. Проведя ряд опытов с все более разбавленным раствором метаналя, мы можем убедиться в чувствительности этой качественной реакции.

Нальём в пробирку несколько миллилитров реактива Фелинга, который можно приготовить, смешав равные количества следующих исходных растворов:

Исходный раствор Фелинга № 1: 7 г сульфата меди (II) в 100 мл дистиллированной воды

Исходный раствор Фелинга № 2: 37 г сегнетовой соли и 10 г едкого натра в 100 мл дистиллированной воды

Сам реактив Фелинга очень неустойчив, а исходные растворы можно хранить. В готовом виде эти растворы иногда можно приобрести в аптеках.

Теперь к готовому реактиву Фелинга добавим около 1 мл раствора метаналя и нагреем до кипения. При этом выделяется элементарная медь, которая образует на стенках пробирки красивый зеркальный налет (медное зеркало). Надо только предварительно обезжирить пробирку хромовой смесью. Другие алканали образуют кирпично-красный осадок оксида меди (I).

Вместо реактива Фелинга можно использовать и аммиачный раствор соли серебра. К разбавленному (приблизительно 2 %-ному) раствору нитрата серебра будем постепенно приливать разбавленный водный раствор аммиака — точно до того момента, пока выпавший вначале осадок не растворится снова. В пробирку, тщательно вымытую хромовой смесью и ополоснутую несколько раз дистиллированной водой, нальем 2 мл приготовленного раствора соли серебра и 5–8 мл раствора метаналя и осторожно нагреем эту смесь, лучше всего на водяной бане. На стенках пробирки образуется отчетливое зеркало, а раствор благодаря выпавшим мельчайшим частицам серебра приобретает интенсивную черную окраску.

Алканали (альдегиды) очень легко окисляются, врезультате чего образуются, как правило, алкановые (карбоновые) кислоты. Таким образом, по отношению к окислителям они ведут себя как восстановители. Например, алканали восстанавливают соль двухвалентной меди до оксида меди (I) или даже до элементарной меди. Аммиачный раствор соли серебра они восстанавливают с выделением металлического серебра. Эти реакции являются общими для алканалей и других восстановителей, например для виноградного сахара, о котором мы поговорим позднее.

При действии других окислителей алканали тоже окисляются с образованием алкановых кислот, а иногда даже до диоксида углерода и воды. В пробирке к нескольким миллилитрам раствора метаналя осторожно добавим 10 %-ный раствор пероксида (перекиси) водорода. Затем нагреем смесь и подержим в парах над пробиркой увлажненную синюю лакмусовую бумажку. Ее покраснение говорит о том, что в пробирке образовалась метановая (муравьиная) кислота.

Исследуем метановую кислоту

Метановая (муравьиная) кислота — простейшая органическая кислота. В технике ее получают присоединением оксида углерода к гидроксиду натрия под давлением. По уравнению NaOH + СО = HCOONa при этом образуется натриевая соль муравьиной кислоты — метанат натрия, или формиат натрия. Она служит промежуточным продуктом при получении других соединений и находит применение в текстильном и кожевенном производстве. Метановая кислота обладает сильным дезинфицирующим и консервирующим действием, поэтому ее используют для предохранения от порчи пищевых продуктов и силоса. Некоторые применяемые при силосовании препараты представляют собой, в основном, раствор метановой кислоты.

С метановой кислотой, приобретенной в магазине, проведем следующие опыты. (Осторожно! Концентрированная метановая кислота ядовита и разъедает кожу!)

В пробирку нальем 5 мл разбавленной серной кислоты и добавим раствор перманганата калия — столько, чтобы жидкость была сильно окрашена. После этого добавим еще 5 мл приблизительно 80 % метановой кислоты. При нагревании смесь обесцвечивается вследствие восстановления перманганата до сульфата марганца (II). При этом метановая кислота окисляется до диоксида углерода и воды.

В последующих пробирочных опытах проверим, растворяются ли в 60 % метановой кислоте магний, цинк, железо и никель. Активные металлы реагируют с метановой и другими органическими кислотами с образованием солей и выделением водорода. Таким образом, органические кислоты ведут себя совершенно аналогично неорганическим, но, как правило, они слабее.

Концентрированная серная кислота и некоторые катализаторы разлагают метановую кислоту на оксид углерода СО и воду. Нагреем 1 мл безводной метановой кислоты с избытком концентрированной серной кислоты в пробирке, закрытой резиновой пробкой, в которую вставлена стеклянная трубка. Из этой трубки улетучивается газ, который при поджигании горит бледно-голубым пламенем. Это ядовитый оксид углерода (угарный газ), с которым мы уже знакомы. Из-за связанной с этим опасности опыт нужно проводить в вытяжном шкафу или на открытом воздухе.

В заключение надо еще отметить, что метановая кислота и ее соли часто встречаются в природе. Как видно уже по ее второму названию (муравьиная), эта кислота входит в состав ядовитых выделений муравьев. Кроме того, она обнаружена в выделениях пчел, в крапиве и т. д.

Опыты с этанолом

Итак, мы познакомились с метанолом, метаналем и метановой кислотой. Подобные им соединения, содержащие два атома углерода, имеют наибольшее значение в технике.

Этанол (этиловый спирт), который обычно называют просто спиртом, образуется при так называемом спиртовом брожении. Многие виды сахаров, а также продукт осахаривания крахмала в присутствии солода расщепляются под действием микроскопически маленьких дрожжевых грибков в образованием спирта и углекислого газа. Каждый, кто хоть раз видел, как бродит фруктовый сок, наблюдал интенсивное выделение углекислого газа из отводной трубки. А то, что в полученном вине действительно содержится спирт, легко заметить по поведению человека, который это вино выпьет.

Поскольку спиртовое брожение может происходить самопроизвольно, разбавленный спирт известен людям с древнейшего времени как возбуждающий напиток. О губительных же последствиях пьянства едва ли нужно говорить. В особенности молодежи следует полностью отказаться от употребления спиртных напитков.

Содержание спирта при брожении растворов сахара и фруктовых соков колеблется в широких пределах. Однако, поскольку при высокой концентрации спирта дрожжевые грибки не могут существовать, путем брожения можно получить не более чем 15 %-ный спирт. Водку и более концентрированный спирт получают из разбавленных растворов путем перегонки. Проведение такой перегонки по закону разрешается только на государственных ликерно-водочных заводах. Получение же хотя бы самого малого количества спирта частными лицами, пусть даже для химических опытов, строго запрещено законом.

Пищевой спирт и спирт для косметических целей вырабатывается только из зерна (Для этой цели используется также картофельный крахмал. — Прим. перев.). Крахмал сначала превращают в сахар, который затем сбраживают в спирт. Технический спирт получается в больших количествах в результате брожения сульфитного щелока, то есть из отходов целлюлозно-бумажного производства. Все большая часть технического спирта — незаменимого растворителя и исходного вещества в органическом синтезе — в настоящее время производится синтетическим путем из карбида кальция через этин и этаналь (Наиболее совершенным способом получения этанола является его синтез из этена (этилена) путем присоединения к нему воды в присутствии катализатора. — Прим. перев.).

Чистый спирт поступает в продажу под названием спирт-ректификат. Он содержит 4–6 % воды. Так как ректификат дорого стоит, мы используем его лишь в немногих опытах. В тех случаях, когда это не будет оговорено, удовольствуемся намного более дешевым денатуратом, который, как нам хорошо известно, применяется в качестве горючего. Это тоже 95 %-ный спирт, но, чтобы он не был пригоден для питья, к нему добавлены ядовитые и имеющие неприятный вкус или запах вещества (метанол, пиридин, эфир фталевой кислоты).

Поскольку впереди нас еще ждут самые разнообразные опыты со спиртом, пока ограничимся только двумя. Во-первых, мы можем легко доказать присутствие воды в ректификате. Нагреем в тигле несколько кристалликов сульфата меди до образования бесцветной безводной соли. Затем щепотку полученной соли добавим к пробе спирта и встряхнем. Наличие воды обнаруживается по голубому окрашиванию раствора. Безводный спирт, называемый также абсолютным спиртом, можно получить только при обработке специальными осушителями.

Денатурат служит хорошим горючим для спиртовок и туристских примусов. В последнее время он применяется даже в качестве ракетного топлива. Правда, в кемпингах его постепенно вытесняет пропан, который доставляют в маленьких стальных баллонах.

Предпринимается также немало попыток изготовить так называемый "сухой спирт". Различные его сорта, как правило, совсем не содержат спирта. Мы тоже можем перевести спирт в полутвердое состояние, растворив при перемешивании в 20 мл денатурата около 5 г мыльной стружки. Получается студенистая масса, которую можно разрезать на куски. Как и жидкий спирт, она горит бледно-голубым пламенем.

Получение этаналя

При окислении этанола образуется этаналь (уксусный альдегид) и далее этановая кислота (уксусная кислота). Сильные окислители сразу превращают этаналь в уксусную кислоту. К тому же результату приводит и окисление кислородом воздуха под влиянием бактерий. Мы легко сможем убедиться в этом, если немного разбавим спирт и оставим его на некоторое время в открытой чашке, а затем проверим реакцию на лакмус. Для получения столового уксуса до сих пор используют, в основном, уксуснокислое брожение спирта или низкосортных вин (винный уксус). Для этого спиртовый раствор при интенсивной подаче воздуха медленно пропускают через опилки из буковой древесины. В продажу поступает 5 % или 10 %-ный столовый уксус или так называемая уксусная эссенция, содержащая 40 % уксусной кислоты (В СССР концентрация пищевой уксусной эссенции, поставляемой в торговую сеть, составляет 80 %, а концентрация столового уксуса — 9 %.— Прим. перев). Для большинства опытов она нам подойдет. Лишь в некоторых случаях понадобится безводная (ледяная) уксусная кислота, которая относится к числу ядов. Ее можно купить в аптеке или магазине химических реактивов. Она уже при 16,6 °C затвердевает в кристаллическую массу, похожую на лед. Синтетическим путем уксусную кислоту получают из этина через этаналь.

Неоднократно упоминавшийся этаналь, или уксусный альдегид, — важнейший промежуточный продукт в химической технологии, основанной на использовании карбида кальция. Его можно превратить в уксусную кислоту, спирт или же в бутадиен — исходное вещество для получения синтетического каучука. Сам этаналь производится в промышленности путем присоединения воды к этину. В ГДР на комбинате синтетического бутадиенового каучука в Шкопау этот процесс осуществляется в мощных реакторах непрерывного действия. Сущность процесса заключается в том, что этин вводится в нагретую разбавленную серную кислоту, в которой растворены катализаторы — соли ртути и другие вещества (Эта реакция открыта русским ученым М. Г. Кучеровым в 1881 г. — Прим. перев). Поскольку соли ртути очень ядовиты, мы не будем сами синтезировать этаналь из этина. Выберем более простой способ — осторожное окисление этанола.

Нальем в пробирку 2 мл спирта (денатурата) и добавим 5 мл 20 %-ной серной кислоты и 3 г тонкоизмельченного бихромата калия. Затем быстро закроем пробирку резиновой пробкой, в которую вставлена изогнутая стеклянная трубка. Смесь нагреем малым пламенем до кипения и выделяющиеся при этом пары пропустим через ледяную воду. Образующийся этаналь растворяется в воде, и его можно обнаружить с помощью описанных выше реакций для определения алканалей. Кроме того, раствор проявляет кислую реакцию потому что окисление легко идет дальше с образованием уксусной кислоты.

Чтобы получить этаналь в больших количествах и более чистым, соберем, руководствуясь рисунком, более сложную установку. Однако этот опыт можно выполнять только в кружке или при наличии у читателя большого опыта. Этаналь ядовит и очень летуч!

Левая часть установки предназначена для пропускания тока диоксида углерода (углекислого газа). Последний необходим для удаления выделяющегося этаналя из сферы реакции, прежде чем он окислится дальше до уксусной кислоты. Поместим в колбу кусочки мрамора и будем добавлять к ним малыми порциями разбавленную соляную кислоту. Для этого нужна капельная воронка с длинной отводной трубкой (не менее 25 см). Можно плотно присоединить такую трубку и к обычной капельной воронке с помощью резинового шланга. Эта трубка должна быть все время заполнена кислотой, чтобы Углекислый газ мог преодолеть избыточное сопротивление последующей части установки и не выходил в обратном направлении (Можно использовать и капельную воронку без длинной отводной трубки. В этом случае в пробку, закрывающую колбу с мрамором, нужно вставить еще одну короткую стеклянную трубку. Такую же трубку вставим в пробку, закрывающую капельную воронку, и соединим обе трубки резиновым шлангом. Еще удобнее пользоваться аппаратом Киппа. — Прим. перев.).

Как обеспечить выравнивание давления в приборе для выделения газа, показано на рисунке на стр. 45.

В другой сосуд, который служит реактором, — круглодонную колбу на 250 мл — нальем сначала 20 мл денатурата. Затем растворим 40 г тонкоизмельченного бихромата калия или натрия (Яд!) в 100 мл разбавленной серной кислоты

(Добавим 20 мл концентрированной серной кислоты к 80 мл воды.) Ввиду большей плотности серной кислоты обязательно нужно приливать ее к воде, а не наоборот. Серную кислоту всегда добавляют постепенно и только в защитных очках. Ни в коем случае нельзя лить воду в серную кислоту!

Одну треть приготовленного раствора сразу поместим в реактор, а остальную часть — в соединенную с реактором капельную воронку. Вставим в реактор отвод трубки, соединяющей его с устройством для выделения углекислого газа. Эта трубка должна быть погружена в жидкость.

Наконец, особого внимания заслуживает система охлаждения. В трубке, которая под углом отходит вверх от реактора, должны конденсироваться пары спирта и уксусной кислоты. Лучше всего охлаждать эту трубку с помощью наружного свинцового змеевика, пропуская через него проточную воду. В крайнем случае, можно обойтись без охлаждения, но тогда мы получим более грязный продукт. Для конденсации этаналя, который кипит уже при 20,2 °C, используем прямой холодильник. Желательно, конечно, взять эффективный холодильник — змеевиковый, шариковый или с внутренним охлаждением. В крайнем случае подойдет и не слишком короткий холодильник Либиха. В любом случае охлаждающая вода должна быть очень холодной. Водопроводная вода годится для этого только зимой. В другое же время года можно пропускать ледяную воду из большого бака, установленного на достаточной высоте. Приемники — две соединенные друг с другом пробирки — охладим, погрузив их в охлаждающую смесь из равных (по массе) количеств измельченного льда или снега и поваренной соли. Несмотря на все эти меры предосторожности, пары этаналя все же частично улетучиваются. Так как этаналь имеет неприятный резкий запах и ядовит, опыт нужно проводить в вытяжном шкафу или на открытом воздухе.

Только теперь, когда установка заряжена и собрана, начнем опыт. Вначале проверим работу прибора для выделения газа, приливая к мрамору малое количество соляной кислоты. При этом установка сразу же заполняется углекислым газом. Если он наверняка проходит через реактор и никаких неплотностей не обнаруживается, приступим собственно к получению этаналя, Приостановим выделение газа, включим всю систему охлаждения и нагреем содержимое реактора до кипения. Поскольку теперь при окислении спирта выделяется тепло, горелку можно убрать. После этого снова будем постепенно добавлять соляную кислоту, чтобы через реакционную смесь все время проходил умеренный ток углекислого газа. Одновременно оставшийся раствор бихромата должен медленно поступать из капельной воронки в реактор.

По окончании реакции в каждом из двух приемников содержится по несколько миллилитров почти чистого этаналя. Заткнем пробирки ватой и сохраним для следующих опытов на холоду. Длительное хранение этаналя нецелесообразно и опасно, так как он слишком легко испаряется и, находясь в склянке с притертой пробкой, может с силой выбивать пробку. В продажу этаналь поступает только в запаянных толстостенных стеклянных ампулах.

Опыты с этаналем

Помимо описанных выше качественных реакций, мы можем провести с малыми количествами этаналя ряд других опытов.

В пробирке к 1–2 мл этаналя осторожно добавим (в защитных очках и на расстоянии от себя) с помощью стеклянной палочки 1 каплю концентрированной серной кислоты. Начинается бурная реакция. Как только она затихнет, разбавим реакционную смесь водой и встряхнем пробирку. Выделяется жидкость, которая в отличие от этаналя не смешивается с водой и кипит только при 124 °C. Она получается в результате соединения трех молекул этаналя с образованием кольца:

Этот полимер этаналя называется паральдегидом. При перегонке с разбавленными кислотами он превращается снова в этаналь. Паральдегид применяется в медицине в качестве снотворного средства.

В следующем опыте осторожно нагреем малое количество этаналя с концентрированным раствором едкого натра. Выделяется желтая "альдегидная смола". Она тоже возникает вследствие присоединения друг к другу молекул этаналя. Однако в отличие от паральдегида молекулы этой смолы построены из большого числа молекул этаналя.

Другой твердый продукт полимеризации — метальдегид — образуется при обработке этаналя на холоду газообразным хлористым водородом. Раньше он находил некоторое применение в качестве твердого горючего ("сухого спирта").

Приблизительно 0,5 мл этаналя разбавим 2 мл воды. Добавим 1 мл разбавленного раствора едкого натра или соды и будем нагревать в течение нескольких минут. Мы почувствуем исключительно резкий запах кротонового альдегида. (Проводить опыт в вытяжном шкафу или на открытом воздухе!).

Из этаналя в результате присоединения друг к другу двух его молекул образуется вначале альдол, который также является промежуточным продуктом при получении бутадиена. Он содержит одновременно функциональные группы и алканаля, и алканола.

Отщепляя воду, альдол превращается в кротоновый альдегид:

РАСТВОРИТЕЛИ В БЫТУ И ТЕХНИКЕ

В наши дни органические растворители можно найти в любом доме. Кому не приходилось пятновыводителем удалять пятна жира или смолы с одежды? Все лаки, многие клеи, например резиновый, также содержат различные органические растворители. При наличии некоторого опыта можно уже по запаху сказать, какое именно вещество служит в этих смесях растворителем.

Органические растворители требуются почти на любом производстве. Жиры и масла извлекают из растений растворителями. Производство пластмасс, текстильная и лакокрасочная промышленность потребляют растворители в огромных количествах. Так же обстоит дело в производстве лекарственных препаратов и косметики, во многих других отраслях хозяйства.

С некоторыми главными растворителями, например бензином и спиртом, многим наверняка приходилось встречаться. При оценке растворителя играют роль многие факторы. Прежде всего, конечно, важно, какие вещества в нем хорошо растворяются. Так, в спирте прекрасно растворяются многие смолы, лекарственные и косметические средства, тогда как жиры и парафин растворяются в нем очень плохо. Кроме того, при сопоставлении растворителей существенную роль играют их горючесть, температура кипения, токсичность и, не в последнюю очередь, стоимость.

Следующие опыты проведем с несколькими соединениями, которые особенно часто применяются в качестве растворителей.

Тетрахлорметан — негорючий растворитель

Если в метане все четыре атома водорода заместить хлором, то получится тетрахлорметан (четыреххлористый углерод). Тетрахлорметан представляет собой жидкость, которая кипит при 76 °C и имеет плотность 1,593 г/см³. Таким образом, он намного тяжелее воды и почти не смешивается с ней. Тетрахлорметан превосходно растворяет смолы, жиры и т. д. и имеет перед другими растворителями большое преимущество: он не горит. Напротив! Его тяжелые пары подавляют пламя, благодаря этому его используют в огнетушителях.

Нальем в чашку немного бензина, спирта или ацетона и на открытом воздухе осторожно подожжем эту горючую жидкость. Если мы добавим теперь несколько миллилитров тетрахлорметана, то огонь погаснет. Следует учесть, что при гашении техрахлорметаном может образоваться очень ядовитый газ фосген COCl₂. Поэтому в закрытых помещениях это средство для тушения огня можно применять только с соответствующими предосторожностями. В последнее время заряженные тетрахлорметаном огнетушители выходят из употребления. Вместо него в огнетушителях теперь применяются смешанные бром-хлор- или фтор- хлорпроизводные углеводородов.

В следующем опыте смешаем 2 мл тетрахлорметана с 1,5 г цинковой пыли. Последняя представляет собой очень мелкий порошок, который получается при конденсации паров цинка. К смеси добавим еще столько жженой магнезии или оксида цинка, чтобы получилась паста средней вязкости. Поместим ее на кусок листового железа или в железный тигель и на открытом воздухе нагреем на голом огне до 200 °C. При этом начинается бурная реакция, приводящая к повышению температуры смеси выше 1000 °C. Одновременно выделяется густой дым. Тетрахлорметан и цинк реагируют с образованием хлорида цинка:

2Zn + CCl₄ = 2ZnCl₂ + С

Хлорид цинка при высокой температуре испаряется и образует туман, притягивая воду из воздуха.

Другие металлы, особенно железо, тоже медленно реагируют с тетрахлорметаном. Поэтому он способствует коррозии и не годится в качестве растворителя лаков для металла и тому подобных целей.

Тетрахлорметан довольно ядовит. Вдыхание его паров в малых дозах оказывает наркотическое действие, а в больших дозах или при так называемом хроническом отравлении приводит к тяжелым поражениям печени. Поэтому при работе с тетрахлорметаном нужна осторожность! Надежная вентиляция исключит накопление паров тетрахлорметана в воздухе.

Пропанон растворяет жир

Следующим важным представителем группы растворителей является пропанон (ацетон).

При сухой перегонке древесины мы получили кальциевую соль уксусной кислоты — "серый древесноуксусный порошок". Тот, кто не проводил этого опыта, легко может приготовить указанную соль путем нейтрализации разбавленного раствора уксусной кислоты (столового уксуса) карбонатом или гидроксидом кальция.

Для получения ацетона поместим несколько граммов древесноуксусного порошка в пробирку из тугоплавкого стекла. Пробирку закроем резиновой пробкой, в отверстие которой вставлена изогнутая стеклянная трубка. Эту трубку охладим с помощью свинцового змеевика. Приемником может служить пробирка, погруженная в ледяную воду. Из-за огнеопасности продукта отводная трубка должна быть не слишком короткой, чтобы расстояние между пламенем и приемником было как можно больше. Кроме того, учтем, что опыт можно проводить только в вытяжном шкафу или на открытом воздухе.

Сильно нагреем пробирку с порошком горелкой Бунзена. Выделяются пары, и в приемнике конденсируется подвижная жидкость, которая в зависимости от степени чистоты исходной соли имеет окраску от желтой до коричневатой. Она состоит, главным образом из ацетона, применяемого в качестве растворителя жиров:

В превосходных свойствах этого растворителя легко убедиться, растворяя небольшие количества жира, воска, лака и других органических веществ. Многие пластмассы тоже растворяются в ацетоне или по крайней мере набухают в нем. Попробуйте обработать им кусочек целлулоида, полистирола или другой пластмассы. Что и говорить — отличный растворитель, к тому же, в отличие от тетрахлорметана, он не вызывает коррозии. Зато очень легко воспламеняется. Чтобы убедиться и в этом, нальем чуть-чуть в чашку и подожжем, осторожно приближая источник огня.

В чистом состоянии ацетон (пропанон) — бесцветная жидкость, кипящая уже при 56,2 °C и имеющая своеобразный, не лишенный приятности запах. Раньше его получали большей частью путем сухой перегонки серого древесноуксусного порошка, а в наши дни производят различными методами, в том числе из уксусной кислоты при пропускании ее паров над катализатором, окислением изопропилового спирта и брожением крахмала под влиянием соответствующих бактерий. В последние годы ацетон получают одновременно с фенолом окольным путем — через стадию образования кумола — из газов нефтехимического производства.

По своему химическому строению ацетон — простейший представитель алканонов (кетонов), родственных алканалям (альдегидам). В то время, как алканали, например метаналь или этаналь, содержат группу С=0 на конце молекулы, у алканонов такая группа находится у "внутреннего", т. е. не у крайнего в цепи атома углерода. Алканоны проявляют ненасыщенность в меньшей степени, чем алканали, и поэтому не обнаруживаются с помощью качественных реакций, характерных для алканалей. (Проверить!)

И, наконец, эфир

В заключение рассмотрим эфир, который, помимо его применения в медицине для наркоза, является прекрасным растворителем для жиров и многих других веществ.

Строго говоря, существуют различные простые эфиры, которые так же, как алканали или алканоны, образуют класс соединений со сходными свойствами. Обычный эфир строго должен называться диэтиловым эфиром. Он образуется из двух молекул этанола путем отщепления воды, обычно с помощью концентрированной серной кислоты:

Получим малое количество эфира. Для этого в пробирку нальем около 2 мл денатурата и 1,5 мл концентрированной серной кислоты. Подберем к пробирке пробку с двумя отверстиями. В одно из них вставим маленькую капельную воронку или просто маленькую воронку с удлиненной трубкой, выход из которой вначале закроем с помощью кусочка резинового шланга и зажима.

Используя второе отверстие в пробке, присоединим к пробирке устройство для охлаждения паров — такое же, как и при получении этаналя. Приемник надо непременно охлаждать водой со льдом, потому что эфир кипит уже при 34,6 °C! Ввиду его необычайно легкой воспламеняемости, холодильник должен быть как можно длиннее (не меньше 80 см), чтобы между источником огня и приемником было достаточное расстояние. По этой же причине проведем опыт вдали от горючих предметов, на открытом воздухе или в вытяжном шкафу.

Нальем в воронку еще около 5 мл денатурата и осторожно нагреем пробирку на асбестированной сетке горелкой Бунзена приблизительно до 140 °C (Температура не должна превышать 145 °C, так как при более высокой (около 170 °C) образуется этен. Даже при работе с малым количеством эфира всегда следует учитывать опасность пожара. Поэтому рекомендуем заменить горелку закрытой электрической плиткой и между источником тепла и приемником установить защитный экран. При использовании капельной воронки надо тщательно смазать и проверить кран. В качестве приемника лучше всего взять плотно присоединенную к холодильнику пробирку с боковым отводом, на который можно надеть резиновый шланг для увеличения расстояния между выходящими парами эфира и источником тепла. Приемник лучше охлаждать смесью льда с солью — Прим. перев). В приемнике конденсируется очень летучий дистиллят, и в случае недостаточного охлаждения мы почувствуем характерный запах эфира. Осторожно приоткрывая зажим, будем постепенно, малыми порциями добавлять спирт. В конце реакции серная кислота все больше разбавляется образующейся водой, в результате чего образование эфира прекращается и перегоняется уже спирт.

При тщательном выполнении опыта мы получим около 4 мл очень подвижной, прозрачной жидкости, которая состоит в основном из эфира. Если несколько капель его нанести на палец, то почувствуешь сильный холод. Дело в том, что эфир быстро испаряется, а теплота испарения отнимается от окружающей его среды.

На химических предприятиях и в больницах при работе с эфиром случались очень сильные взрывы. При длительном соприкосновении с кислородом воздуха и под влиянием солнечного света в эфире образуются легко взрывающиеся перекиси. Поэтому ни в коем случае не будем хранить большее количество эфира. Оно не понадобится нам ни в одном из опытов, рекомендуемых в этой книге. Эфир будет нужен нам только в смеси с двумя частями спирта как растворитель для коллодия. Поэтому остаток эфира сразу разбавим двойным количеством спирта и будем хранить только в виде этой безопасной смеси в надежно закрытой бутылочке из темно-коричневого стекла.

Продолжительное вдыхание паров эфира вызывает потерю сознания, что впервые использовали в 184 6 г. Джексон и Мортон для наркоза (Для этой цели эфир во время хирургической операции впервые применил Лонг (США) в 1842 г, но этот эксперимент не был опубликован. — Прим. перев.). Тщательно очищенный эфир и сейчас применяется с этой целью. Однако можно надеяться, что читатели этой книги заслуживают доверия и, конечно, не будут проводить опасных, безответственных и категорически недопустимых собственных опытов, связанных с наркозом.

Завершая этот раздел, посвященный растворителям, следует подчеркнуть, что в следующих частях книги мы еще познакомимся с другими важными растворителями, например, с бензолом и сложными эфирами, прекрасно растворяющими лаки и пластмассы.

ПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛА

Углеродный скелет органических соединений, которые мы рассматривали до сих пор, представлял собой прямые или разветвленные цепи. Немецкий химик Август Кекуле впервые открыл, что молекулы многих других органических соединений построены по типу кольца. Важнейшее кольцо (циклическое соединение углерода) — бензол — содержится в количестве 1–2 % в каменноугольной смоле, из которой его и получают.

Бензол — бесцветная жидкость, которая кипит при 80,2 °C и затвердевает при 5,5 °C. Для того, кто хранит свои реактивы в неотапливаемом помещении, замерзание бензола — признак того, что пора найти место потеплее для склянок с водными растворами, чтобы они не раскололись, когда начнет замерзать вода.

Бензол очень огнеопасен! Поместим несколько капель его на часовое стекло и осторожно поднесем горящую спичку. Бензол воспламенится раньше, чем пламя соприкоснется с жидкостью. Он горит коптящим пламенем, что указывает на высокое содержание углерода. Брутто-формула бензола — С₆Н₆. Таким образом, соотношение углерода и водорода у него такое же, как у этина. Действительно, бензол образуется из трех молекул этина при пропускании последнего через раскаленную железную или кварцевую трубку. Но мы ни в коем случае не будем проводить эту реакцию самостоятельно из-за опасности взрыва, который произойдет при попадании в трубку воздуха.

Несмотря на сходство в составе бензола и этина, их химические свойства совершенно различны. Применив бромную воду или реактив Байера, мы легко докажем, что бензол не вступает в реакции, типичные для ненасыщенных соединений. Очевидно, это обусловлено его особым строением. Кекуле предложил для бензола формулу, которая содержит три двойных связи в шестичленном кольце. Однако в соответствии с новыми представлениями устойчивое строение бензола лучше объясняется тем, что "избыточные" валентные электроны, как показано в формуле, приведенной посередине, принадлежат всему кольцу, образуя единое "электронное облако":

Производные бензола, которых сейчас уже известно несколько сотен тысяч, образуются при введение в кольцо функциональных групп, а также в результате присоединения к бензольному кольцу дополнительных колец или углеродных боковых цепей. В следующих опытах мы получим и исследуем некоторые из простейших и одновременно важнейших в технике производных бензола.

Нитробензол из бензола

В отличие от углеводородов с открытой цепью, у которых это очень затруднительно, в ароматические углеводороды легко можно ввести нитрогруппу NO₂.

Для получения нитробензола нам понадобятся вначале 15 мл бензола, 20 мл концентрированной серной кислоты и 15 мл концентрированной азотной кислоты, а в конце опыта — вода и разбавленный едкий натр. Бензол очень ядовит; ни в коем случае нельзя вдыхать его пары.

Прежде всего, подготовим все необходимое оборудование. Подберем колбу Эрленмейера вместимостью 125 мл с резиновой бензол пробкой, в отверстие которой вставлена не слишком тонкая стеклянная трубка длиной около 50 см. Нам понадобятся также — делительная воронка (вместимостью 150 мл), водяная баня и термометр со шкалой до 100 °C. Подготовим еще две кастрюли — одну с ледяной водой, а другую с водой, нагретой до 60 °C.

Ввиду опасности попадания брызг в глаза, этот опыт — как и всегда при работе с концентрированными кислотами — можно проводить только в защитных очках!

В колбу Эрленмейера поместим сначала концентрированную серную кислоту и потом очень осторожно, все время слегка покачивая колбу, малыми порциями добавим азотную кислоту. Разогретую нитрующую смесь охладим, погрузив колбу в холодную воду. Затем вставим в колбу термометр и начнем постепенно добавлять бензол, непрерывно перемешивая жидкость в колбе стеклянной палочкой. Температура при этом не должна превышать 50–60 °C. Если она поднимется выше, то перед добавлением следующей порции бензола необходимо выдержать колбу в ледяной воде. Когда весь бензол будет добавлен, колбу с вертикально вставленной трубкой выдержим еще некоторое время в бане с теплой водой, температуру которой будем поддерживать от 50 до 60 °C, добавляя при необходимости более горячую воду.

После этого перенесем содержимое колбы в делительную воронку. Мы обнаружим два слоя: верхний слой содержит нитробензол, а нижний избыточную нитрующую смесь. Сольем эту смесь кислот, добавим в делительную воронку около 30 мл воды, сильно встряхнем и отделим нитробензол, который теперь, вследствие своей большой плотности, образует уже нижний слой. Для дальнейшей очистки его надо таким же образом промыть сильно разбавленным раствором едкого натра и в заключение еще раз водой.

Нитробензол — бледно-желтая жидкость с температурой кипения 210 °C и плотностью 1,203 г/см³ при 20 °C. Если во время опыта мы допустим чрезмерное повышение температуры, нитробензол будет окрашен сильнее из-за примеси динитробензола. Нитробензол очень ядовит (При попадании нитробензола на кожу пораженное место нужно обмыть спиртом, а затем теплой водой с мылом. — Прим. перев.). Нужно также остерегаться вдыхания его вредных паров с характерным сильным запахом горького миндаля. Хотя такой аромат нужен в парфюмерии, применять для этого нитробензол категорически запрещено из-за его токсичности. Обычно с той же целью используется безопасный бензальдегид, имеющий такой же запах.

Анилин — родоначальник красителей

Нитробензол для нас — так же, как и для химической промышленности — только промежуточный продукт. Мы тоже двинемся дальше и получим из него путем восстановления анилин родоначальник синтетических красителей (Эта реакция называется реакцией Зинина. Русский химик Н.Н. Зинин в 1842 г. впервые осуществил восстановление нитробензола в анилин при действии сернистого аммония. — Прим. перев.).

Чтобы получить аминогруппу NH₂, мы должны в нитрогруппе заместить кислород водородом. В промышленности нитробензол в настоящее время восстанавливают обычно в газовой фазе, пропуская его пары в смеси с водородом над медным катализатором. Мы, работая с малыми количествами, предпочтем более старый способ, при котором восстановление осуществляется в жидкой фазе водородом в момент выделения — на латыни это in statu nascendi. Для этого получим водород действием соляной кислоты на железные опилки или, лучше, на гранулированный цинк или олово.

Проведем опыт следующим образом. В колбу Эрленмейера — такую же, как при получении нитробензола — поместим 10 г нитробензола и 15 г железных опилок или гранулированного цинка. Вначале добавим 5 мл концентрированной соляной кислоты и тотчас закроем колбу пробкой, в которую вертикально вставлена стеклянная трубка. При осторожном встряхивании начнется бурная реакция. При этом колба разогревается, и ее надо охладить умеренно холодной водой — так, чтобы реакция все же не остановилась совсем. Время от времени будем вынимать пробку с трубкой и добавлять еще 5–8 мл соляной кислоты. Когда мы добавим всего 50 мл соляной кислоты, подождем, пока реакция затихнет, и в вытяжном шкафу или на открытом воздухе будем греть колбу с той же стеклянной трубкой на водяной бане от 30 минут до часа.

В заключение разбавим реакционную смесь водой и для нейтрализации кислоты добавим раствор кальцинированной или питьевой соды (бикарбоната натрия) до щелочной реакции. Для этого смесь из колбы перенесем в химический стакан и прильем сначала воду, а затем — указанный раствор. Выделится коричневая жидкость со своеобразным запахом. Это и есть анилин, который можно отделить осторожной декантацией. Лучше, хотя и хлопотнее, выделить его перегонкой с водяным паром.

Внимание! Анилин — очень сильный яд, который положено хранить только закрытым и с надписью "яд". При работе с анилином нужно остерегаться вдыхания его паров. Лучше всего — так же, как и диэтиловый эфир, — хранить анилин только в виде разбавленного спиртового раствора.

Анилин послужил исходным веществом для производства первых синтетических органических красителей. Очень давно Рунге открыл первый анилиновый краситель, который и сейчас еще используется для обнаружения анилина.

Несколько капель анилина смешаем с 10 мл воды и добавим отфильтрованный водный раствор хлорной извести. Интенсивное фиолетовое окрашивание объясняется образованием красителя, сложное строение которого явилось трудной головоломкой даже для химиков XX века. Сохраним анилин для следующих опытов и заметим в заключение, что большинство красителей в наши дни получают не из анилина, а из других соединений.

Другие представители ароматического ряда

Из других производных бензола упомянем здесь только фенол, толуол и нафталин. Фенол тоже был впервые обнаружен Рунге в каменноугольной смоле. Он представляет собой ароматическое соединение с гидроксильной группой и, следовательно, подобен алканолам. Однако, в отличие от алканолов, фенол имеет слабокислую реакцию и легко взаимодействует со щелочами с образованием фенолятов. Поэтому его можно растворять в щелочах.

Мы уже получили родственные ему крезолы при сухой перегонке древесины и полукоксовании бурого угля. Это можно доказать, добавив к вытяжке древесного дегтя или буроугольной смолы и подсмольной воде раствор хлорида железа(III). Фенол и родственные ему вещества дают при этом окраску от синей до сине-фиолетовой. Правда, для вытяжек смолы и дегтя эта окраска может маскироваться их собственной коричневой окраской.

Чистый фенол — твердое вещество, которое плавится при 40,8 °C и кипит при 182,2 °C. При 16 °C он растворяется в 12 частях воды, причем полученный раствор окрашивает лакмусовую бумажку в красный цвет. (Проверить!) В свою очередь, фенол тоже растворяет в себе некоторое количество воды и становится жидким, даже когда в нем растворено только 5 % воды! Если мы добавим к твердому фенолу воду, то получим сначала жидкий раствор воды в феноле, а при дальнейшем добавлении воды — раствор фенола в воде.

В связи с ростом производства пластмасс фенол стал одним из важнейших промежуточных продуктов химической промышленности. Мировое производство его сейчас, по-видимому, достигает почти 200 ООО т в год. В ГДР значительное количество фенола получается при полукоксовании бурого угля. Кроме того, все больше фенола производится путем синтеза.

При введении в бензольное кольцо двух или трех групп ОН образуются многоатомные фенолы. Они являются сильными восстановителями и поэтому применяются в качестве проявителей в фотографии, как, например, гидрохинон. Трехатомный фенол — пирогаллол — легко поглощает даже кислород воздуха.

Толуол — производное бензола, в котором один атом водорода замещен метильной группой. Эта жидкость сходна по свойствам с бензолом; она применяется как растворитель, а также для производства взрывчатых веществ. При введении трех нитрогрупп толуол превращается в тринитротолуол — одно из самых мощных взрывчатых веществ. Крезолы, образующиеся в больших количествах при полукоксовании, тоже являются производными толуола, содержащими группу ОН. Они, таким образом, соответствуют фенолу.

Упомянем нафталин — это простейший представитель Яафтелич углеводородов с несколькими кольцами. В нем у обоих бензольных колец имеются два общих атома углерода. Такие вещества называют конденсированными ароматическими соединениями.

В каменноугольной смоле содержится почти 64 % нафталина. Он образует блестящие кристаллические пластинки, которые плавятся при 80 °C и кипят при 218 °C. Несмотря на это, нафталин быстро испаряется даже при комнатной температуре. Если оставить кристаллики нафталина на несколько дней открытыми, то они заметно уменьшатся и в помещении появится резкий запах нафталина. Нафталин раньше входил в состав большинства средств против моли. Теперь для этой цели его все чаще заменяют другими веществами, имеющими менее навязчивый запах.

В промышленности из нафталина в больших количествах производится фталевая кислота — исходное вещество для получения ценных красителей. Позднее мы получим некоторые красители самостоятельно.

В заключение приведем еще пример гетероциклического соединения. Гетероциклическими называют вещества, содержащие в кольце не только атомы углерода, но и атомы других элементов (один или несколько атомов кислорода, азота или серы). К этому необычайно обширному ряду соединений относятся важные природныевещества, например индиго и морфин, а также фрагменты молекул некоторых аминокислот.

Рассмотрим фурфурол. Мы видим, что его молекула содержит пятичленное кольцо из четырех атомов углерода и одного атома кислорода. Судя по боковой цепи, можно сказать, что фурфурол представляет собой гетероциклический алканаль.

Получим фурфурол из отрубей

50 г отрубей поместим в коническую или круглодонную колбу и смешаем их со 150 мл 10–15 %-ного раствора серной кислоты. Отгоним из колбы около 100 мл жидкости. В ней содержится около 1 г растворенного фурфурола. Извлечем его из дистиллята эфиром или тетрахлорметаном и органический растворитель упарим в вытяжном шкафу. Далее проведем только две простые качественные реакции.

В первом опыте к пробе полученного раствора добавим несколько капель соляной кислоты и немного анилина. Уже на холоду возникает ярко-красная окраска.

В следующем опыте к исследуемому раствору снова добавим соляную кислоту и несколько крупинок флороглюцина (это трехатомный фенол). При кипячении появится вишнево-красная окраска.

При кипячении с разбавленными кислотами определенные типы сахаров пентозы — образуют фурфурол. Пентозы содержатся в отрубях, соломе и т. д. и могут быть обнаружены приведенными выше методами.

Этими несколькими (из 800000!) примерами пока закончим наше краткое путешествие в мир органических соединений. В следующих главах обратимся к некоторым наиболее важным областям применения органической химии.

5. Материалы на любой вкус

ПЛАСТМАССЫ ВЧЕРА, СЕГОДНЯ И ЗАВТРА

У металлов очень древняя история. Например, история меди насчитывает 7700 лет, а предметы из железа и стали были известны 4000 лет назад в Китае, Индии, Вавилоне и Ассирии. В отличие от металлов, синтетические материалы — пластмассы, синтетические эластомеры — каучуки и резины, химические волокна, силиконы — начали производить немногим более 50 лет назад. Несмотря на это, они во многих отношениях превосходят давно известные материалы. Правда, у каждого из них, как и у природных материалов, есть свои недостатки, и при выборе, разумеется, приходится их учитывать и сопоставлять с достоинствами. Главное преимущество пластмасс по сравнению с металлами заключается в том, что их свойства легче регулировать. Поэтому пластмассы быстрее и лучше можно приспособить к требованиям практики. К преимуществам пластмасс относятся также низкая плотность, отсутствие у большинства из них запаха и вкуса, высокая стойкость по отношению к атмосферной коррозии, к кислотам и щелочам. Кроме того, изделиям из пластмассы легко можно придать любую форму. Наконец, большинство пластмасс превосходно поддается крашению и обладает отличными электро- и теплоизоляционными свойствами. Зато устойчивость к высоким температурам и нередко прочность у них меньше, а тепловое расширение обычно больше, чем у металлов. Кроме того, некоторые пластмассы горючи.

ЗАМЕНИТЕЛЬ?

В тяжелые времена, в годы бедствий и потрясений создавались так называемые "эрзацы" — заменители отсутствующих веществ. Например, в первую мировую войну вместо тканей из шерсти и хлопка были предложены ткани из бумаги. Во время второй мировой войны появилось такое мыло из глины, у которого не было ничего общего с обычным мылом, кроме названия и формы кусков. Разумеется, это были очень плохие заменители.

Тогда синтетические материалы тоже должны были служить заменителями. Из-за отсутствия выбора часто приходилось использовать такие типы пластмасс, которые для данного случая не подходили или не были доведены до требуемого качества и достаточно проверены. Конечно, все это повредило репутации синтетических материалов. Однако в наши дни их уже нельзя рассматривать просто как заменители.

Правда, они и теперь часто применяются вместо природных материалов, но тогда, когда существенно превосходят их. Если вначале опыт работы с синтетическими материалами бывал неудачным, то причиной чаще всего было их неправильное использование. Многие инженеры старой школы считали новые материалы неполноценными. Во всех неудачах у них всегда был виноват, конечно, заменитель.

В наши дни практика заставила многих скептиков отказаться от своих прежних взглядов. Приведем лишь один пример. Вкладыши подшипников для сельскохозяйственных машин, для гребных валов, прокатных линий и вагонов сегодня могут изготавливаться из фенопластов. Они намного легче бронзовых или из сурьмянистого свинца — плотность фенопластов составляет приблизительно 1,7 г/см³, а бронзы — 8 г/см³. Кроме того, они долговечнее, и смазкой для них может служить вода. В прокатных станах вкладыши подшипников из фенопластов работают в 120 раз дольше, чем из сурьмянистого свинца.

В высокоразвитой химической промышленности ГДР производству синтетических материалов принадлежит особое место. Главное внимание уделяется изготовлению наиболее ценных типов пластмасс, а важнейшей задачей считается все более полное использование тех многообразных возможностей, которые предоставляет недавно созданная в ГДР нефтехимическая промышленность. Наряду с давно известными пластиками, служащими для изготовления предметов широкого потребления, промышленность выпускает все больше новых пластмасс специального назначения. В среднем 70–80 % стоимости всей выпускаемой в ГДР продукции приходится на долю материалов. Непрерывный научно-технический прогресс, автоматизация производства и повышение производительности труда — как сейчас, так и тем более в будущем — немыслимы без новых материалов. В самом деле, борьба за экономию материалов тесно связана с применением полимеров во всех отраслях народного хозяйства. Ведь пластмассы гораздо легче поддаются обработке, чем катаная сталь, и при их переработке получается меньше отходов. Но преимущество пластмасс не только в этом. Пластмассовые детали машин и аппаратов легче, устойчивее к коррозии и обычно дешевле. Можно не сомневаться в том, что в будущем соотношение между использованием пластмасс и конструкционной стали существенно изменится в пользу пластмасс. По самым осторожным прогнозам это соотношение по массе вместо 1: 23 в наши дни к 1980 г. изменится до 1:10.

ВЕЛИКАНЫ СРЕДИ МОЛЕКУЛ

В соответствии с государственным стандартом "пластмассами называются материалы, основной составной частью которых являются такие высокомолекулярные органические соединения, которые образуются в результате синтеза или же превращений природных продуктов. При переработке в определенных условиях они, как правило, проявляют пластичность и способность к формованию или деформации".

Молекулярная масса воды составляет 18 условных единиц, а виноградного сахара — 180. Хотя молекула виноградного сахара очень велика по сравнению с молекулой воды, ее еще нельзя назвать гигантской. Гигантские молекулы — химики называют их макромолекулами (от греческого makros — большой) — содержат от тысячи до нескольких миллионов атомов. Их относительную молекулярную массу нельзя выразить определенным числом, мы можем указать для нее лишь пределы.

Человек научился создавать макромолекулы вначале в лаборатории, а позднее — в промышленном масштабе из соединений простого строения — так называемых мономеров. Число молекул мономеров, которые соединяются друг с другом и образуют молекулу полимера, мы называем степенью полимеризации. Слово "полимер" образовано от греческих слов polys (много) и meros (часть). Физические свойства полимеров сильно зависят от степени полимеризации. Кроме того, они зависят и от того, как соединяются друг с другом молекулы мономеров. Образованные из них макромолекулы могут представлять собой прямые или разветвленные цепи, а также клубки или сети. Все эти типы полимеров показаны на рисунке.

Сверху мы видим прямую цепь, ниже разветвленную цепь, еще ниже — клубок и сеть. При растяжении полимера значительная часть цепей в клубке выстраивается параллельно друг другу. Такой сдвиг молекул в отношении одной главной оси вызывает изменение прочности — она увеличивается по направлению растяжения. При нагревании цепи молекул таких пластмасс обычно легко сдвигаются относительно друг друга. При этом пластмассы размягчаются и приобретают текучесть. Такие пластмассы мы будем называть термопластами.

Напротив, если цепи атомов в молекулах полимера соединены между собой мостиками и образуют сетку, то даже при воздействии тепла сдвиг таких цепей относительно друг друга невозможен. Такие пластмассы называются реактопластами. (Другими словами, реактопласты — это такие пластмассы, которые получаются из низкомолекулярных мономеров, и отверждаются под действием тепла, катализаторов или отвердителей с образованием полимеров трехмерной структуры. Таким образом, при переработке в изделия реактопласты необратимо теряют способность переходить в вязкотекучее состояние. В отличие от них, при формовании термопластов не происходит отвердения, и они в изделии сохраняют способность вновь переходить в вязкотекучее состояние. В 1973 г. мировое производство пластмасс достигло 43 млн. т. Из них около 75 % приходилось на долю термопластов (полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и др.). В дальнейшем доля термопластов в общем производстве пластмасс будет еще больше увеличиваться. — Прим. перев.)

В ГДР их называют дуропластами (от латинского durus — твердый). В самом деле, из всех пластмасс тверже всего те, которые имеют сетку трехмерной структуры, т. е. такие, у которых соединение цепей происходит по всем трем осям координат. Эти пластмассы стойки и к действию растворителей.

ИССЛЕДУЕМ ПЛАСТМАССЫ

"За свою продукцию ручаюсь головой" — эти слова сегодня часто можно услышать на предприятиях. Однако готовую продукцию высокого качества можно изготовить только из безупречных исходных материалов. Поэтому пластмассы всегда подвергают очень тщательному испытанию. Результатами этого строгого экзамена интересуются обе стороны — и те, кто производят пластмассы, и те, кто занимаются их переработкой. Первые всегда стремятся улучшить качество выпускаемой продукции, а вторым важно выяснить, какие материалы можно использовать для тех или иных целей.

В число этих испытаний входят измерение прочности на растяжение, твердости, прочности на изгиб, эластичности, паро- и газопроницаемости, прочности к истиранию, плотности, водопоглощения, исследование поведения при нагревании, воздействии света и в электрическом поле. Наряду с этим важнейшую роль играет изучение стойкости пластмасс по отношению к различным химическим реактивам.

У читателя, вероятно, найдется образец какой-нибудь пластмассы для исследования. Сначала выясним, из чего она состоит, как называется и для чего используется. Ответить на эти вопросы не всегда легко. Некоторые сведения мы могли бы получить, определив химический состав. С этой целью нам понадобилось бы поместить в пробирку 100–200 мг исследуемого сухого образца и расплавить его вместе с металлическим натрием, нагревая пробирку почти до размягчения стекла. Плав мы могли бы потом растворить в воде и в полученном растворе обнаружить:

азот — при добавлении сульфата железа (II), хлорида железа (III) и разбавленной соляной кислоты (образование берлинской лазури);

серу — при действии пентацианонитрозилферрата (III), или нитропруссида натрия (фиолетовое окрашивание);

хлор — при действии нитрата серебра в присутствии азотной кислоты (осадок хлорида серебра, обнаружению мешают некоторые азотсодержащие соединения);

фосфор — при добавлении азотной кислоты, упаривании раствора и последующем действии молибдата аммония (желтый осадок).

Однако многим читателям металлический натрий недоступен. Кроме того, ввиду опасности работы с ним, начинающим химикам не стоит проводить анализ этим методом. Вместо этого ограничимся более простым определением хлора — пробой Бейльштейна, которая нам уже знакома. Для этого раскалим медную проволоку в несветящейся зоне пламени горелки Бунзена до исчезновения зеленого окрашивания. На конце этой проволоки внесем в пламя горелки пробу исследуемой пластмассы. Если она содержит хлор или другие галогены, то образуются летучие галогениды меди, которые окрашивают пламя в интенсивный зеленый цвет.

Для большинства обычно применяемых пластмасс нам удастся решить поставленную задачу даже в том случае, если мы ограничимся только определением плотности, температуры размягчения и плавления, пробой на сгорание, а также исследованием кислотности продуктов разложения и поведения пластмассы по отношению к некоторым химическим реактивам. Полученные данные сверим с приведенными в таблице "Свойства пластмасс".

Определение плотности

Взвесим образец пластмассы, не содержащий пузырей, определим его объем по вытеснению воды или путем непосредственного измерения и вычислим плотность (в г/см³), пользуясь формулой:

р = m/V

где m — масса образца, г; V — объем образца, см³.

В случае смесей различных типов пластмасс или пластмасс с добавками — наполнителями — полученные значения колеблются в некоторых пределах.

Проба на плавление

Сначала выясним, плавится ли исследуемая пластмасса вообще. Для этого внесем ее в струю горячего воздуха, нагретого горелкой, или нагреем исследуемый образец на металлической или асбестовой подставке. В зависимости от того, что будет происходить с пластмассой, мы сможем отнести ее к термо- или реактопластам. Правда, не исключено, что наш образец не относится ни к одной из этих групп. Об этом мы поговорим позднее.

Температура размягчения

Вставим пробы пластмассы — лучше всего полоски длиной 5-10 см и шириной 1 см — в железный тигель, заполненный сухим песком. Тигель постепенно нагреем маленьким пламенем горелки. В песок вставим термометр. Когда полоски согнутся, по показаниям термометра заметим температуру размягчения. Для измерения температуры размягчения можно использовать и химический стакан, заполненный маслом. (Осторожно! В горячее масло не должна попадать вода! Исключить опасность разбрызгивания!)

Для поливинилхлорида, у которого температура размягчения составляет 75–77 °C, и для полистирола с температурой размягчения 80-100 °C вместо масла можно обойтись водой.

Температура текучести

Аналогично можно определить и температуру текучести, т. е. тот интервал температуры, в котором пластмассы приобретают текучесть. Однако напомним, что некоторые пластмассы разлагаются раньше, чем достигается температура текучести.

Проба на сгорание

Возьмем тигельными щипцами образец пластмассы и поместим его ненадолго в верхнюю часть высокотемпературной зоны пламени горелки. Вынем пластмассу из пламени и посмотрим, будет ли она гореть дальше. При этом обратим внимание на цвет пламени; заметим, образуется ли копоть или дым, потрескивает ли огонь, плавится ли пластмасса с образованием капель. Ошибки в определении типа полимера могут возникать из-за того, что мы исследуем не чистую смолу, а с добавками-пластификаторами и наполнителями. К сожалению, свойства этих добавок иногда оказываются заметнее свойств чистого полимера.

Исследование продуктов разложения В маленьких пробирках нагреем измельченные пробы различных пластмасс и обратим внимание на запах, цвет и реакцию на лакмусовую бумагу и образующихся продуктов разложения. (Нюхать осторожно! Некоторые пластмассы, например политетрафторэтилен, образуют ядовитые продукты разложения.)

Химическая стойкость

Пробы пластмасс погружают в разбавленные и концентрированные растворы кислот и щелочей — на холоду или при нагревании, обрабатывают органическими растворителями и таким образом испытывают их на химическую стойкость. Для изучения набухания вырежем прямоугольный кусочек пластмассы и острым скальпелем сделаем тонкий срез. Полученную тонкую пленку раздвоим, как показано на рисунке. Половину этой пленки погрузим в пробирку с соответствующей жидкостью. Исследуем набухание в различных жидкостях: — в воде, кислотах, щелочах, бензоле, метилбензоле (толуоле) и др. Пробирки оставим по меньшей мере на 5 дней. (Учесть пожароопасность некоторых растворителей!) Чтобы жидкость меньше испарялась, заткнем пробирки кусочками ваты. В некоторых случаях, например для поливинилхлорида (ПВХ) в бензоле, мы обнаружим заметное увеличение той части полоски, которая находилась в растворителе. Если образец становится хрупким, то это скорее всего вызвано вымыванием пластификатора. Пластификаторами обычно служат сложные эфиры.

КАК УЛУЧШАЮТ ПРИРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Сколько лет человечеству, столько лет и его борьбе с природой. Человечество прошло в своем развитии долгий путь от неспособности противостоять силам природы до понимания взаимосвязи явлений природы и использования их в своих целях. И прежде всего люди научились добывать и применять различные природные материалы.

В силу ряда случайностей свойства природных материалов непостоянны. Их можно улучшить путем воздействия на растительные и животные организмы. Но есть и другой путь — мы можем изменить сами природные материалы, подвергая физическим и химическим воздействиям и изменяя их свойства.

К "исправленным" природным веществам относятся, в частности, целлюлоза, казеин и каучук. Огромные молекулы этих соединений образуют длинные более или менее скрученные или растянутые цепи. Основные "кирпичики", из которых они строятся — это в случае целлюлозы — молекулы глюкозы, для казеина — молекулы аминокислот, а у натурального каучука — соединение формулы С₆Н₆, изопрен.

Разнообразнее всего до сих пор варьировалось строение целлюлозы. Чего только не получают из нее — бумагу, взрывчатые вещества, пластмассы, искусственный шелк, штапельное волокно! Оболочки клеток растений состоят из почти чистой целлюлозы. Целлюлозу получают из древесины, тростника или соломы на специальных целлюлозных фабриках. Ее производство в ГДР с 1950 г. постоянно увеличивается. Одновременно в соответствии с единым планом координации развития экономики в социалистических странах крупнейшие целлюлозно-бумажные комбинаты возникают в Советском Союзе — в восточной Сибири.

ЕСЛИ ВЗЯТЬ ЦЕЛЛЮЛОЗУ, КИСЛОТУ И КАМФОРУ…

В поисках массы для печатных валов американский исследователь Хэйетт попробовал добавить к динитрату целлюлозы камфору. При очень тщательном перемешивании он получил роговидную эластичную массу. Это открытие в 1870 г. принесло Хейетту победу на конкурсе, объявленном с целью заменить слоновую кость для бильярдных шаров более дешевым материалом. Новый материал, который автор назвал целлулоидом, выпускается промышленностью с 1872 г. Из него делают расчески, украшения, бильярдные шары, игрушки, рукоятки, мячи, щетки, корпусы авторучек, угольники и транспортиры для черчения, пленку и многое другое. Вначале казалось, что другие пластмассы вытеснят целлулоид, который слишком легко воспламеняется. Однако с этим его недостатком приходится мириться до сих пор, потому что ни один другой материал не имеет такого красивого блеска. В этом нетрудно убедиться — вспомним хотя бы великолепную, похожую на перламутр облицовку аккордеонов.

Получение нитратов целлюлозы

В колбу Эрленмейера, погруженную в большой сосуд с холодной водой, поместим немного концентрированной азотной кислоты и малыми порциями добавим к ней концентрированную серную кислоту. К 30 мл этой нитрующей смеси при температуре не выше 20 °C в маленьком химическом стакане добавим немного чистой медицинской ваты — около 1 г — и дадим ей полностью пропитаться кислотой. (При всех опытах по нитрованию целлюлозы и операциях с полученными нитратами будем избегать растирания или ударов стеклянной палочкой, так как это может привести к воспламенению.) Через 3 минуты — ни в коем случае не позже! — стеклянной палочкой вынем вату и перенесем ее в большой сосуд с водой. Полученную пронитрованную целлюлозу будем промывать 10 минут — лучше всего, поддерживая в сосуде непрерывный ток водопроводной воды. После этого вынем вату, отожмем, расстелим как можно более тонким слоем на листе фильтровальной бумаги и дадим ей высохнуть на воздухе. В результате кратковременной обработки азотной кислотой в звеньях, из которых построена молекула целлюлозы, — в остатках глюкозы две из трех гидроксильных групп подвергаются этерификацни. Таким образом, образуется динитрат целлюлозы:

Пока пронитрованная вата сушится, из остатка нитрующей смеси и другого куска ваты мы можем получить тринитрат целлюлозы. Для этого опыт проведем точно так же, как и предыдущий, но время обработки ваты нитрующей смесью увеличим до 15 минут.

Дальнейшая переработка динитрата целлюлозы

Чтобы ознакомиться со свойствами полученного динитрата, тигельными щипцами внесем в пламя маленькие кусочки необработанной и пронитрованной целлюлозы. Мы увидим, что динитрат целлюлозы сгорает намного быстрее, чем исходная целлюлоза.

Малую пробу динитрата нагреем в пробирке на слабом огне. Вещество разлагается с образованием коричневых паров оксида азота (IV) NO₂. Осторожно — он чрезвычайно ядовит!

Поместим в пробирку приблизительно одну треть полученного динитрата целлюлозы и добавим смесь 2 частей эфира и 1 части спирта (денатурата). Пробирку неплотно закроем пробкой. В зависимости от количества растворителя мы можем получить раствор от разбавленного до очень вязкого. Этот раствор называется коллодием. Если описанные опыты не удалось провести из-за отсутствия концентрированных кислот, то готовый коллодий можно купить в аптеке или аптекарском магазине.

Малое количество коллодия намажем на тыльную часть руки и дадим ему испариться. (Эфир очень огнеопасен! В помещении не должно быть огня!)

Место, на которое был нанесен раствор, сильно охлаждается (отнимается теплота испарения). Остается прозрачная пленка из коллодия, прочно прилегающая к коже. Поэтому раствор коллодия может служить "жидким пластырем" для заклеивания мелких ран и ссадин. Коллодий входит также в качестве пленкообразвателя в состав некоторых лаков.

Наряду с ним, для этой цели используется и тринитрат целлюлозы. Быстро высыхающие цветные нитролаки и бесцветный цапонлак, вероятно, знакомы многим читателям.

Остаток динитрата целлюлозы в химическом стакане смочим спиртом. Одновременно в другом стакане растворим в спирте немного камфоры столько, чтобы в конечном продукте ее было 20–25 % по массе. (Аптечный камфорный спирт, применяемый при боли в суставах и вывихах, представляет собой раствор камфоры в спирте.) К раствору камфоры будем малыми порциями добавлять смоченный спиртом динитрат целлюлозы, тщательно перемешивая (в промышленности перемешивают около 1 часа под давлением 20 ат).

Если смесь становится слишком густой, нужно добавить спирта. Образующуюся кашицу нанесем не слишком толстым слоем на металлическую или стеклянную пластинку и оставим ее в умеренно теплом месте, чтобы спирт испарился. На поверхности образуется шероховатый слой, похожий на покрытие фотопластинки. Это целлулоид. Можно выровнять его поверхность — стоит только наложить сверху нагретую металлическую пластинку. Поскольку температура размягчения целлулоида составляет 70–80 °C, его форму легко можно изменять в горячей воде.

Полоску полученного целлулоида тигельными щипцами внесем в пламя. Он загорается при 240 °C и горит очень интенсивно, сильно увеличивая температуру пламени и окрашивая его в желтый цвет. Кроме того, при горении появляется запах камфоры.

Опыты с тринитратом целлюлозы

Пока мы проводили опыты с динитратом целлюлозы, тринитрат высох на воздухе. По виду эта "вата" после нитрования не изменилась, но, если ее поджечь, то она сгорит мгновенно — в отличие от исходной ваты.

При обработке смесью спирта и эфира (1: 1), пропаноном (ацетоном) или этилэтанатом (этилацетатом) тринитрат целлюлозы набухает или, иными словами, желатинируется. При нанесении полученной массы на пластинку образуется пленка, которая при поджигании быстро сгорает без остатка.

ДРЕВЕСИНА И ПЛАСТМАССЫ

Древесина и полученная из нее целлюлоза используются весьма широко, но известны еще далеко не все варианты их применения. Проблемой лучшего использования древесины занимаются представители различных областей науки и техники. Биологи стремятся вывести более ценные виды, улучшить породы деревьев, технологи изобретают новые способы переработки древесины, а химики подвергают древесину самым различным превращениям.

Изготовим пергаментную бумагу

Плоскую фарфоровую чашку заполним наполовину раствором серной кислоты. Для его приготовления тонкой струйкой добавим 30 мл концентрированной серной кислоты к 20 мл воды (лить кислоту в воду!). Затем раствор нужно охладить — по возможности до 5 °C.

Пластмассовым пинцетом — мы можем изготовить его сами из жесткого поливинилхлорида (винипласта) — поместим шесть пронумерованных карандашом проб фильтровальной бумаги (круглые фильтры или полоски шириной 1 см) на 5, 10, 15, 20, 25 и 30 секунд в кислоту. После этого быстро перенесем пробы в большой стакан с водой, к которой добавлено немного нашатырного спирта. Оставим их в этой воде надолго, а затем высушим. Прежде мягкая и пористая бумага становится твердой и гладкой. Если мы измерим полоски, то обнаружим, что они уменьшились в размерах.

Испытаем прочность нашей "пергаментной бумаги" на разрыв. Для этого, отступив от края полоски на 0,5 см, согнем ее конец и наложим его на остальную часть. Так же загнем и другой конец. К укрепленным краям присоединим два зажима и закрепим полоску в штативе. В середине навесим на нее груз.

Необработанная бумага (полоска шириной 1 см из круглого фильтра) порвется скорее всего при нагрузке 450 г, тогда как проба, обработанная серной кислотой, выдержит нагрузку 1750 г.

Для опытов возьмем не слишком плотную бумагу. Лучше всего подойдет тонкая фильтровальная бумага с гладкой поверхностью. В промышленности для той же цели используют бумагу толщиной 0,1–0,2 мм.

С помощью направляющих роликов из стекла и резины ее в течение 5-20 секунд протягивают через ванну с 73 %-ной серной кислотой. Благодаря специальному приспособлению, которое удерживает бумагу в растянутом состоянии, при этом предотвращается ее чрезмерная усадка.

Фибра-материал для изготовления чемоданов — получается в результате обработки бумаги раствором хлорида цинка. "Пергаментированные" полосы бумаги наматываются на барабан, где слои ее спрессовываются. Полученный рулон разрезают на пластины, еще раз обрабатывают их водой и затем прессуют.

Для приготовления раствора хлорида цинка чуть-чуть разбавим концентрированную соляную кислоту. Будем добавлять к ней цинк до тех пор, пока кислота не перестанет с ним реагировать. (При растворении цинка выделяется большое количество водорода. Поэтому вблизи не должно быть открытого огня, и опыт нужно проводить у открытого окна или в вытяжном шкафу.) В раствор, который мы отделим декантацией от избыточного цинка, опустим на 5-10 минут фильтровальную бумагу. После этого нужно тщательно промыть ее водой.

При этих процессах, которые называются пергаментированием, бумага очень сильно набухает. Длинные молекулы целлюлозы в результате частичного расщепления превращаются в так называемую гидроцеллюлозу, а при более продолжительной обработке — в продукт с еще более короткими цепями амилоид. В результате первоначально рыхлая волокнистая структура бумаги в значительной степени изменяется, и высушивание сопровождается усадкой.

При действии этановой (уксусной) кислоты и ее ангидрида целлюлоза превращается в растворимую форму — этанат (ацетат) целлюлозы (Применяется также другое наименование — ацетилцеллюлоза — Прим. перев.). Последний используют для получения пластмасс, а из его растворов в органических растворителях изготовляют лаки, клеи, фото- и кинопленку, волокна. Целлон — материал, из которого делают негорючую пленку, — состоит из этаната целлюлозы и камфоры.

ОТ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ ДО АВТОМОБИЛЬНОГО КУЗОВА

В былые времена, если химики получали в результате своих опытов "смолу", т. е. такой продукт, который не поддавался кристаллизации, они не очень-то радовались. В наши же дни многие химики стремятся изготовить такие смолы: многие из них в результате дальнейшей переработки превращаются в материалы, необходимые для промышленности.

Когда немецкий химик Байер в 1872 г. смешал формальдегид и "карболовую кислоту" (раствор фенола), он получил смолообразную, вязкую массу. При нагревании она превращалась в твердое, нерастворимое вещество, которое далее уже не плавилось. В то время Байер еще не мог предвидеть, какое огромное значение приобретет впоследствии полученный им продукт. Через 35 лет бельгийскому исследователю Бакеланду удалось разработать способ получения этого вещества, пригодный для промышленности. За сходство с природными смолами продукт, открытый Байером, назвали синтетической смолой. Эта смола производится промышленностью с 1912 г. под названием бакелит. Как и ко многим другим новинкам, к бакелиту вначале относились скептически, и ему было трудно конкурировать на рынке с давно известными материалами.

Положение быстро изменилось, когда обнаружили его ценные свойства бакелит оказался отличным электроизоляционным материалом, обладающим в то же время высокой прочностью. Сегодня у себя дома мы уже едва ли увидим штепсельные розетки, вилки и электрические выключатели из фарфора. Их вытеснили изделия из реактопластов. Бакелит и родственные ему пластмассы заняли также почетное место в машиностроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности.

35 000 тонн фенопластов в год

К числу важнейших типов пластмасс, производящихся в ГДР, наряду с поливинилхлоридом, полиэтиленом, полиамидами и полистиролом относятся также фенопласты и аминопласты. Они принадлежат к группе реактопластов, т. е. таких пластмасс, которые при нагревании не могут изменять свою форму. Фенопласты и аминопласты получаются в результате поликонденсации. Это такой процесс, при котором молекулы различных веществ соединяются друг с другом и образуют макромолекулы, причем одновременно возникают и другие, низкомолекулярные вещества — чаще всего вода. Хотя фенопласты — старейшая разновидность пластмасс, они до сих пор отнюдь не устарели. В технологию их получения все время вносятся отдельные усовершенствования, однако в своей основе она не изменилась.

В последние годы спрос на продукцию из фенопластов резко возрос, и предприятия-изготовители — в том числе в ГДР фабрики синтетических смол и пластмасс в Эркнере и Эшпенхайне и завод имени Вальтера Ульбрихта в Лёйне — из года в год увеличивают объем производства. Скоро они смогут давать ежегодно более 35 000 тонн фенопластов.

Изготовим прозрачную фенолоформальдегидную смолу

В качестве исходных веществ возьмем 40 %-ный водный раствор метаналя (формалин) и кристаллический гидроксибензол (фенол) или его метильные аналоги — крезолы. Если читателю не удастся найти кристаллический фенол, можно использовать вместо него как можно более концентрированный водный раствор фенола, то есть продажную карболовую кислоту ("карболку") (Фенол вызывает на коже ожоги. Работать с ним следует в резиновых перчатках — Прим. перев). Все названные вещества ядовиты!

Чтобы ознакомиться в общих чертах с процессом образования смолы, смешаем в пробирке приблизительно 2 г кристаллического фенола (или 4 мл раствора) с 3 мл формалина и добавим 3 капли концентрированной соляной кислоты. При этом смесь самопроизвольно разогревается и, наконец, закипает. Содержимое пробирки становится стеклообразным и вязким. Тотчас стеклянной палочкой отберем пробу. При необходимости немного охладим пробирку, чтобы реакция протекала не слишком бурно. Взятую пробу реакционной массы испытаем на растворимость в воде и спирте (денатурате) или других растворителях. Проба растворяется. Тем временем реакция продолжается, содержимое пробирки становится очень вязким и отчасти затвердевает (по консистенции напоминает резину). Если теперь снова взять пробу, то она уже не растворяется, но при нагревании еще проявляет пластичность. В конце опыта поставим пробирку в химический стакан с кипящей водой. Через некоторое время масса затвердевает. Разбив пробирку, мы можем достать из нее кусочек прозрачной фенолоформальдегидной смолы. Она красноватая, не растворяется и не плавится. При выдерживании в пламени смола сгорает очень медленно, окрашивает пламя в желтый цвет, дает искры и обугливается. Горение сопровождается интенсивным запахом фенола.

Попробуем теперь разобраться, какие химические реакции происходят при выполнении этого опыта. Метаналь (формальдегид) имеет атом кислорода при двойной связи. Этот атом вместе с двумя атомами водорода фенола образует воду. За счет высвобождающихся при этом единиц валентности появляется возможность присоединения молекул фенола к остатку метаналя:

В этих реакциях участвует множество молекул, что приводит к образованию цепей. Вначале возникают короткие цепи, и полученный полимер представляет собой смолообразное вязкое вещество, легко растворимое, например в спирте и ацетоне (наша первая проба). Этот полимер начальной стадии поликонденсации называют резолом. Дальнейшее увеличение длины цепей приводит к тому, что вещество почти полностью теряет свою растворимость в обычных растворителях и проявляет пластичность только при нагревании (вторая проба). Продукт этой стадии поликонденсации называется резитолом.

В конечном счете цепи соединяются между собой мостиками из остатков метаналя и образуют трехмерную (пространственную) сетчатую структуру:

При этом полимер становится твердым, нерастворимым и неплавким. Этот продукт конечной стадии поликонденсации называют резитом.

При промышленной переработке смолу на стадии образования резола выливают в формы и в них отверждают. Отверждение нередко занимает несколько дней. Это необходимо для того, чтобы образующаяся при реакции вода испарялась медленно. Иначе смола получится непрозрачной и пузырчатой. Из литых фенолоформальдегидных смол изготовляют пуговицы, рукоятки, бильярдные шары и т. д. Чтобы ускорить отверждение, можно довести поликонденсацию почти до образования резита, затем полученную смолу размолоть, поместить в формы, сжать под давлением 200–250 ат и подвергнуть отверждению при 160–170 °C. В последующих опытах исследуем влияние на процесс поликонденсации различных условий. Если мы будем проводить эту реакцию при pH выше 7, т. е. в щелочной среде, то она сильно замедлится и ее можно будет остановить на стадии образования резола.

Фенолоформальдегидные лаки и клеи

В маленьком химическом стакане осторожно нагреем на водяной бане 10 г фенола с 15 мл формалина и 0,5 мл 30 %-ного раствора гидроксида натрия (едкого натра). После длительного нагревания масса становится вязкой. Когда взятая стеклянной палочкой проба при охлаждении начнет затвердевать, прекратим нагревание и часть полученной в стакане резольной смолы перенесем в пробирку, заполненную на одну треть денатуратом или метанолом. (Осторожно! Яд!) При этом смола растворяется. Полученным раствором мы можем лакировать мелкие металлические предметы. Чтобы лак не был липким, его понадобится еще отвердить. Для этого лакированный предмет осторожно нагревают не выше 160 °C — током воздуха, нагретого пламенем горелки, или в сушильном шкафу. Вполне подойдет и духовка кухонной плиты. После обжига лак надежно пристает к металлу, он стоек по отношению к кислотам и щелочам, тверд, прочен на изгиб и к удару. Такие лаки во многих отраслях промышленности заменили старые природные лаки.

Для лакировки деревянных изделий применяют самоотверждающиеся лаки. Мы можем получить вполне пригодный лак такого типа следующим образом.

Поместим в химический стакан 10 г фенола, 10 мл формалина и 0,5 г этандикарбоновой, или щавелевой, кислоты (Яд!) и нагреем эту смесь на кипящей водяной бане. Приблизительно через полчаса содержимое колбы превращается в почти бесцветную вязкую массу. Добавим 4 капли концентрированной соляной кислоты и продолжим нагревание еще некоторое время (недолго). Вскоре образуются два слоя. Верхний, водный слой мы сольем и растворим вязкий белый остаток в денатурате. Этим раствором можно лакировать деревянные предметы. Лак через 20 минут загустевает, а через 40 минут превращается в твердое блестящее покрытие.

Резольными фенолоформальдегидными смолами можно также склеивать дерево с деревом или с металлом. Сцепление получается очень прочным, и этот способ склеивания в настоящее время находит все более широкое применение, особенно в авиационной промышленности.

Изготовим теперь снова вязкотекучую резольную смолу путем нагревания смеси фенола, формалина и раствора едкого натра. Этой смолой склеим две тонкие деревянные дощечки. Для этого одну из них смажем полученной смолой, а на другую нанесем концентрированную соляную кислоту. Зажимами плотно прижмем дощечки друг к другу, подержим несколько минут в токе горячего воздуха или в сушильном шкафу и затем дадим остыть. Соляная кислота служит в этом опыте отвердителем и превращает смолу в резит. Дощечки склеиваются очень прочно. Если с первого раза опыт не удастся, наберемся терпения и повторим его еще раз.

В промышленности склеивание смолами на основе фенола применяется при изготовлении клееной фанеры и древесноволокнистых пластиков. Кроме того, такие смолы успешно используются для изготовления щеток и кистей, а в электротехнике ими отлично склеивают стекло с металлом в лампах накаливания, люминесцентных лампах и радиолампах.

Далее каждый читатель может заняться получением фенолоформальдегидных смол самостоятельно, пробуя при этом в широких пределах изменять условия опытов. Например, можно попытаться изменить соотношение исходных веществ или подобрать другие катализаторы. В частности, вместо соляной кислоты можно взять малое количество — кристаллик размером с горошину — безводного сульфита натрия, а раствор едкого натра заменить 25 %-ным водным раствором аммиака. С сульфитом натрия образуются очень красивые плотные куски прозрачной смолы, хотя массу приходится очень долго греть (1–2 часа).

С НАПОЛНИТЕЛЕМ ПОЛУЧАЕТСЯ БОЛЬШЕ И… ЛУЧШЕ

Подавляющая часть фенопластов перерабатывается с введением добавок наполнителей. Они могут быть как растительного или животного, так и минерального происхождения. Чаще всего применяются древесная мука, пробка, бумага, измельченные обрезки хлопчатобумажной ткани и отходы других волокон. Однако используются и минеральные наполнители: графит, глина, слюда, кизельгур, асбест и стекловолокно.

Введение наполнителей преследует три цели. Во-первых, увеличивается объем смеси, а значит материал становится дешевле. Во-вторых, наполнители улучшают механические свойства. И, наконец, в-третьих, они поглощают часть воды, которая образуется при поликонденсации.

Например, смесь, используемая для изготовления различных деталей в электротехнике, рукояток инструментов и недолговременных строительных конструкций имеет такой состав:

Фенолоформальдегидная резольная смола — 50%

Древесная мука — 40%

Гексаметилентетрамин — 7%

Оксид магния — 2%

Стеарат магния — 1%

Оксид магния нужен для нейтрализации следов кислоты в смоле. Гексаметилентетрамин отщепляет при нагревании метаналь и аммиак и тем самым вызывает дальнейшее соединение цепей в щелочной среде с образованием полимера пространственной сетчатой структуры. Стеарат магния служит смазывающим средством — он предотвращает прилипание пластмассы к деталям аппаратов, в которых ее перерабатывают.

В промышленности при переработке пластмассы смолу сначала размалывают, смешивают с наполнителями и тщательно разминают на обогреваемых валках. Эту обработку нужно вовремя прекратить, чтобы смола не слишком затвердела. После охлаждения смесь снова размалывают. Так получают пресс-порошок, который затем прессуют в формах при высоком давлении (200–800 ат) и при температуре около 160 °C.

Полученные таким образом — с помощью горячего прессования — изделия хорошоизвестны. Это игрушки, тара, электрические выключатели, чернильные приборы, телефонные аппараты, детали радиоприемников, кино- и фотоаппаратов, детали мебели и многое другое. Из фенопластов изготовляют также детали машин.

Например, кузов малолитражки «Трабант», выпускаемой в ГДР на заводе в Цвиккау, сделан из слоистого пластика, который наряду с крезолоформальдегидной смолой содержит отходы хлопчатобумажной пряжи, поступающие на завод с прядильных фабрик. Для получения этого пластика 65 слоев очень тонкой ткани, чередующихся со слоями размолотой смолы, спрессовывают в очень прочный материал толщиной 4 мм. Прессование осуществляется при давлении 40 атм и температуре 160 °C и занимает всего 10 мин.

Недавно коллективу инженеров в г. Пирна (ГДР) на экспериментальном заводе искусственного волокна удалось создать новый замечательный листовой материал — легкий, прочный, устойчивый к атмосферным воздействиям в негорючий. Этот материал, содержащий наряду с крезолоформальдегидной смолой гипс и стекловолокно, назвали глакрезитом. В настоящее время в ГДР впитываются легкие и устойчивые к погоде оконные «стекла» из глакрезита. Новый материал уже оправдал надежды при строительстве домов отдыха, в кораблестроении, в машиностроении и в мебельной промышленности.

Изготовление пресс-материала

Самостоятельно воспроизвести в лаборатории технологию промышленного производства пластмасс нелегко. Мы ограничимся тем, что разбавим полученную нами фенолоформальдегидную смолу наполнителем и затем проведем отверждение. Вначале в железном тигле смешаем 7 частей фенола и 10 частей формалина, добавим Малое количество концентрированного раствора едкого натра и нагреем эту смесь до образования резола. Когда это состояние будет достигнуто, кока смола не затвердела, добавим к ней древесную муку и тщательно перемешаем. (Доля наполнителя в общей массе не должна превышать 50 %.) Растерев остывшую смесь в ступке, мы получим пресс-порошок.

Кроме того, нам понадобится некоторое количество гексаметилентетрамина. Для получения его смешаем в фарфоровой чашке 6 мл формалина (40 %-ного раствора формальдегида) с 10 мл концентрированного (25 %-ного) водного аммиака и осторожно упарим досуха. Поскольку температура при упаривании не должна превышать 100 °C, лучше всего упаривать на водяной бане. Полученные почти бесцветные кристаллы тоже измельчим и перемешаем с пресс-порошком. Затем порошок поместим в форму из железа или свинца, плотно сдавим его и отвердим при нагревании на песочной бане при 160 °C. Если такой формы не найдется, проведем отверждение в пробирке. В этом случае получится брусок из пластмассы. Интересно попробовать, как поддается эта пластмасса механической обработке — распиливанию, сверлению и обработке напильником.

Изготовление слоистого пластика

Очень эффектный опыт — изготовление слоистой пластмассы из бумаги. Эту пластмассу называют гетинаксом. Нагреем 10 г фенола с 13 мл формалина и 7,5 мл 25 %-ного водного аммиака до образования вязкой массы. Смолу растворим в спирте (денатурате) и пропитаем этим раствором 20–30 полосок бумаги размером 10 X 1,5 см. Каждую полоску предварительно согнем гармошкой, сделав 5 сгибов. Листочки бумаги нанижем на проволоку и выдержим около получаса при 80 °C в сушильном шкафу или другом теплом месте. Затем наложим листочки друг на друга и крепко спрессуем между двумя по возможности гладкими металлическими пластинами (лучше всего из алюминия) толщиной около 1 мм. Можно сжать эти пластины в тисках или с помощью струбцин (винтовых зажимов).

Отверждение происходит при температуре не ниже 150 °C за несколько часов. Лучший результат получится при выдерживании в сушильном шкафу при 150–160 °C в течение 10 часов. Затем дадим образцу медленно остыть почти до комнатной температуры и освободим зажимы. Нельзя не удивиться тому, как мало уступает полученный нами материал промышленному гетинаксу, который под различными названиями поступает в продажу. Наш слоистый пластик — твердый, он хорошо поддается обработке — распиливанию и сверлению.

Особенно высокой прочностью обладает слоистый пластик, изготовленный на основе ткани — текстолит. Шестерни из этого материала обеспечивают бесшумную работу машин, а вкладыши подшипников отличаются долговечностью. Из текстолита делают детали тормозов для вагонов, ролики и прокладки, фрикционные колеса, а также различные электроизоляционные детали, в частности, винты и гайки для соединений, не проводящих электрический ток.

Слоистые пластики на основе фенолоформальдегидных смол приобрели в промышленности репутацию незаменимых. Однако не так давно появились материалы, которые могут успешно конкурировать с ними. Это армированные пластмассы на основе полиэфирных смол; наполнителями в них служат жгуты из стекловолокна и стеклоткань.

В 13 РАЗ ЛЕГЧЕ ПРОБКИ

Пробка всегда считалась самым легким из твердых материалов. Взяв корковую пробку в руку, мы почти не ощущаем ее веса. Многих легко сбить с толку каверзным вопросом: "Сколько весит шар из пробки диаметром 2 м?"

Чтобы не утруждать себя расчетом, мы, разумеется, выясним это опытным путем и пригласим посмотреть на этот интересный опыт своих друзей и знакомых. Окажется, что шар все-таки изрядно тяжелый-800 кг! Он, конечно, будет плавать в воде, но даже самому сильному из нас едва ли удастся вытащить его из воды.

Между тем, шар точно такого же размера из пенопласта под названием пиатерм весит всего лишь 58,6 кг. Пиатерм приблизительно в 13 раз легче пробки и в 65 раз легче воды. (В нашей стране подобный материал — отвержденная пена с ячеистой структурой — выпускается под названием минора в виде прямоугольных блоков мелкопористой массы белого или желтого цвета. Мипора применяется в качестве теплоизоляционного материала — в средствах транспорта, в холодильных камерах, в сосудах для перевозки жидкого кислорода и т. д. Многим читателям, вероятно, знакомы другие легкие пенопласты, особенно пенополистирол и пенополиуретан. Первый используется в строительном деле для тепло- и звукоизоляции, а также для изготовления тары, поплавков и др. Из второго делают, в частности, известные всем коврики и губки. — Прим. перев.)

На примере пиатерма мы можем познакомиться с еще одной группой реактопластов — аминопластами. Последние являются продуктами поликонденсации аминов с метаналем (формальдегидом).

Пиатерм образуется из мочевины и метаналя. Он производится в ГДР на азотном заводе в Пистерице, преимущественно в виде плит, обладающих замечательной звукоизоляционной и теплоизоляционной способностью. Благодаря этому пиатерм применяют в качестве изолирующего материала, особенно в холодильной технике, для изоляции различных трубопроводов, контейнеров и др. Пиатерм выдерживает нагрузку до 1000 кгс/м². Поэтому его можно использовать при строительстве домов в качестве прокладки под полом, чтобы не было слышно шума шагов. Использование этого материала в театрах и концертных залах позволяет существенно улучшить акустику.

Теплоизоляция

Немного пенопласта обычно нетрудно приобрести — он используется для упаковки, украшения витрин под Новый год и для других целей. Испытаем его теплоизоляционную способность. В простейшем варианте возьмем два достаточно больших химических стакана разного диаметра, поставив их один в другой и пространство между ними заполним пиатермом. Если во внутренний стакан налить горячую воду, то окажется, что она очень долго не остывает. В этом мы можем убедиться с помощью термометра.

Изготовление пенопласта

В большой пробирке растворим 3 г мочевины в как можно более концентрированном (40 %-ном) формалине. В другой пробирке смешаем 0,5 мл шампуня с 2 каплями 20 %-ной соляной кислоты, добавим раствор из первой пробирки и взболтаем полученную смесь до образования обильной пены. Затем нагреем пробирку на слабом пламени. При этом пена затвердеет. Подождем 10 минут, снова слегка нагреем пробирку, дадим ей остыть и затем разобьем. Мы получим твердый белый пенопласт, правда с более крупными порами, чем у того, который производит промышленность.

Изготовление мочевиноформальдегидной смолы

Изготовление мочевиноформальдегидной смолы, в основном, не отличается от только что описанного опыта. Заполним пробирку на одну треть насыщенным раствором мочевины в формалине, добавим 2 капли 20 %-ной соляной кислоты и нагреем смесь на малом огне до кипения. Далее она кипит самопроизвольно, в конечном счете мутнеет и быстро загустевает, приобретая консистенцию резины.

Выдержим пробирку не менее 20 минут в кипящей водяной бане. При этом мочевиноформальдегидная смола отверждается. Разбив пробирку, мы извлечем из нее очень твердую массу — от прозрачной до почти белой.

Мочевиноформальдегидные пластики служат для изготовления товаров бытового назначения — посуды, рукояток, пуговиц, футляров и т. п. Если эти смолы получать в нейтральной среде, то конденсация останавливается на стадии резола. Полученная при этом сиропообразная масса растворима в воде. Этот раствор известен как синтетический карбамидный клей (В нашей стране клай марки К-17 и др. — Прим. перев).

Приготовим карбамидный клей

В круглодонной колбе, в которую вставлен обратный холодильник, на малом огне нагреем до кипения смесь 15 г мочевины, 25 г 30 %-ного формалина и 3 капель концентрированного раствора едкого натра. Через 15 минут нагревание прекратим и посмотрим, стала ли масса вязкой. Если это состояние достигнуто, то разбавим ее очень малым количеством воды. Полученной массой густо намажем одну сторону деревянной дощечки, а другую дощечку пропитаем отвердителем. Проведем три опыта: испытаем в качестве отвердителя соляную и метановую (муравьиную) кислоты, а также концентрированный раствор хлорида аммония. При использовании хлорида аммония клей не следует наносить слишком густым слоем. Хлорид аммония при нагревании разлагается, образуя хлористый водород и аммиак. Это приводит к появлению трещин и расклеивайте.

Образцы нужно плотно сжать друг с другом. Склеивание длится 15–20 часов. Процесс можно ускорить — нагревать образцы не менее 30 минут при 80-100 °C. В лаборатории для этого лучше всего использовать сушильный шкаф, но можно провести опыт и дома, заменив шкаф другим источником нагревания. Карбамидный клей хорошо подходит для склеивания слоистой древесины, фанеры, фибры, изготовления моделей и т. п. Важнейшим свойством полученных клеевых соединений является их стойкость по отношению к холодной и горячей воде.

ТАРЕЛКИ ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ ЖОНГЛЕРОВ

Мы не раз восхищались искусством жонглеров, удерживающих в равновесии на длинных бамбуковых шестах вращающиеся тарелки. Вот бы и нам так! Прежде чем выходить на сцену, придется потренироваться дома. Но, увы, уже через несколько секунд первая тарелка превратится в осколки. Следующие тарелки ожидает та же печальная участь. Хорошо было бы иметь небьющиеся тарелки! И достать их теперь нетрудно: уже несколько лет такие тарелки, а также чашки и бидоны из меладура — пластмассы, относящейся к аминопластам — производится в ГДР. (В нашей стране подобная пластмасса выпускается под названием меланит. — Прим. перев.) Такая посуда не боится ударов, не имеет запаха и вкуса и выдерживает кипячение. Кроме того, она легкая — плоская тарелка диаметром 234 мм весит всего 265 г, тогда как фаянсовая тарелка такого же размера — 480 г. Это не только облегчает труд работников обычных столовых, но особенно удобно для всех едущих, плывущих и летящих кухонь и ресторанов — в поездах, на кораблях и самолетах. Кроме того, меладур плохо проводит тепло, и поэтому пища в нем долго остается горячей. Меладур успешно используется и для изготовления предметов домашнего обихода, игрушек, канцелярских товаров, санитарно-технического оборудования, дверных ручек, для отделки мебели, а также для изготовления электротехнических деталей.

Если кусочек такой смолы внести в пламя, то запахнет аммиаком, метаналем и как будто рыбой. Это подтверждает, что мы, действительно, имеем дело с аминопластом.

СЕМЬЯ ТЕРМОПЛАСТОВ

Пластмассам можно придавать требуемую форму самыми разнообразными способами. Их можно отливать и прессовать, прокатывать и протягивать, выдувать и вспенивать, прясть, сваривать и склеивать. Пластмассы хорошо поддаются механической обработке — их можно строгать, фрезеровать, обтачивать и сверлить. Химики открывают все новые типы пластмасс, а это требует от инженеров и техников создания новых машин для их переработки. При этом приходится в каждом случае учитывать особенности пластмасс, природу входящих в них наполнителей, пластификаторов, стабилизаторов и других добавок. При переработке термопластов очень важен правильный температурный режим. Мы знаем, что термопласты при нагревании переходят в пластическое состояние, а при охлаждении снова затвердевают, причем эту операцию можно повторять сколько угодно раз. Однако при слишком сильном нагревании они разлагаются, поэтому соответствующие машины обязательно должны быть снабжены приборами для измерения и автоматического регулирования температуры.

Обычно термопласты перерабатывают с помощью экструдеров (червячных прессов), каландров и машин для литья под давлением.

СОБЕРЕМ И РАЗБЕРЕМ МОЛЕКУЛЫ ПОЛИСТИРОЛА

Катушки, кассеты и бобины для магнитофонной ленты, цоколи радиоламп, облицовочные плиты, шкалы приборов, скобы и хомуты для крепления кабелей, аккумуляторные банки, ручки инструментов и приборов, пленки, абажуры, детали клемм, футляры, принадлежности для бритья, игрушки, посуда, плитки для отделки мебели, пудреницы, крышки для банок и бутылок, коробки, детали электрических выключателей, авторучки… — этот перечень изделий из полистирола можно было бы продолжать еще долго. Применение полистирола очень разнообразно — от пленки в конденсаторах толщиной 0,02 мм до толстых плит из пенополистирола, используемых в качестве изоляционного материала в холодильной технике.

Для следующих опытов нам понадобится кусочек по возможности неокрашенного полистирола. Вероятно, где-нибудь дома или во дворе удастся найти расколотую пластмассовую мисочку, кружку, салатник или кассету от магнитофонной пленки. Правда, мы не знаем точно, сделана ли эта вещь именно из полистирола, но это можно быстро проверить с помощью пробы на сгорание. Для полистирола характерно коптящее пламя с цветочным сладковатым запахом (Этот запах корицы обычно можно обнаружить, уколов исследуемый предмет раскаленной иглой — Прим. перев.). Если к тому же предмет падает на пол с металлическим звоном, то скорее всего он нам подойдет.

Как мы уже знаем, все полимеры образуются из мономеров. Термопласты получаются в результате реакции полимеризации.

Полимеризацией называют процесс соединения многих молекул, содержащих кратные связи, в одну большую молекулу (макромолекулу). В отличие от поликонденсации при этом не образуется побочных низкомолекулярных продуктов. Некоторые полимеры, например полистирол и полиметилметакрилат (органическое стекло), можно превратить обратно в мономеры. Такое превращение называется деполимеризацией. Этой реакцией мы теперь и займемся.

Деполимеризация полистирола

Возьмем круглодонную колбу на 0,5 л и холодильник и соберем простой получилось длиной 4 см, а другое — 40 см. Вставим эту трубку в пробирку коротким коленом, используя либо корковую пробку, либо резиновую, обмотанную алюминиевой фольгой. Для конденсации паров мономера достаточно будет воздушного охлаждения. Полученные капли мономера соберем в другую пробирку.

В колбу поместим 50 г полистирола в виде кусочков и осторожно, передвигая горелку, равномерно нагреем колбу. Когда полимер начнет плавиться, можно нагревать сильнее. Полистирол закипает с образованием белых паров, и из холодильника в приемник стекает по каплям вначале желтоватая, а затем бесцветная, прозрачная, как вода, жидкость. Это стирол мономер, который, однако, содержит также примеси димера и тримера стирола, то есть продуктов присоединения друг к другу двух или трех его молекул. Последние кипят при 310 °C и выше.

Через 1,5–2 часа мы получим около 35 г жидкости, то есть выход составляет 70 % по отношению к исходному количеству полистирола. Прекратим опыт, дадим остыть и ополоснем все части прибора бензолом. (Бензол огнеопасен и ядовит!)

Тем, кто хорошо обеспечен химической посудой, следует иметь в виду, что деполимеризацию, которая происходит при 300–400 °C, можно также проводить в приборе на шлифах под вакуумом приблизительно 2 мм рт. ст. Однако правильное обращение с установкой, которая находится под вакуумом, требует

Деполимеризация полистирола прибор для перегонки. Пробки обмотаем алюминиевой фольгой. Если потребуется присоединять друг к другу стеклянные трубки, соединим их вплотную. Можно провести опыт и проще. Для этого вместо колбы возьмем по возможности большую пробирку и закрепим ее в штативе наклонно.

Затем согнем длинную стеклянную трубку под углом 120°, так чтобы одно ее колено большого опыта работы в лаборатории. Прибор должен быть собран безупречно, иначе может случиться взрыв.

Образующийся мономер очищают, перегоняя его еще раз с добавлением нескольких крупинок серы в качестве стабилизатора.

Получение полистирола

Полученную прозрачную жидкость — стирол — снова превратим в полистирол. Для полимеризации понадобятся нагревание и катализатор. В промышленности в качестве катализатора применяют перекись бензоила в количестве 0,1–0,5 % от массы мономера и проводят полимеризацию при 80-100 °C. (Осторожно! Сухая перекись бензоила — взрывчатое вещество. Поэтому ее обычно используют в увлажненном состоянии.) Если удастся достать перекись бензоила, то проведем опыт следующим образом. В шесть пробирок нальем равные количества стирола — по 5-10 г в каждую пробирку — и затем добавим катализатор в возрастающих количествах-0; 0,05; 0,10; 0,15; 0,20 и 1 % (масс.). Содержимое пробирок нужно перемешать и выдержать их в сушильном шкафу при 80 °C в течение 24–62 часов.

Если же перекиси бензоила нет, то можно провести опыт иначе. В колбу на 100 мл вставим обратный холодильник (можно использовать посуду на шлифах или вставить холодильник в пробку, обмотанную алюминиевой фольгой) и нагреем в ней 30 г стирола и 10 мл 30 %-ного раствора пероксида (перекиси) водорода. При необходимости можно позднее добавить через холодильник еще немного пероксида водорода. Колбу нужно греть горелкой через асбестированную сетку или на песочной бане в течение нескольких часов. Масса постепенно будет становиться все более вязкой и, наконец, при охлаждении затвердеет. Чтобы извлечь ее из колбы, придется либо снова ее расплавить и вылить в чашку, либо экстрагировать ее бензолом, либо разбить колбу.

Определим температуру размягчения и плотность полученного полистирола, исследуем его растворимость и поведение по отношению к различным химическим реактивам. Полистирол растворяется в ацетоне, эфире, тетрахлорметане (четыреххлористом углероде), бензоле и метилбензоле (толуоле). Он неустойчив по отношению к концентрированной серной кислоте, с другими же кислотами, а также со щелочами не реагирует. Куски полистирола легко можно прочно склеить. Для этого смочим склеиваемые поверхности бензолом или другими растворителями, плотно сожмем и выдержим под небольшим давлением.

Итак, мы познакомились с основными свойствами полистирола. Остается еще разобраться в том, как собственно происходит полимеризация стирола. Процесс состоит из трех стадий. Вначале в некоторых из многих молекул, содержащихся в реакционном сосуде, благодаря повышенной температуре и присутствию катализатора расщепляются двойные связи. Иными словами, эти молекулы активируются (первая стадия полимеризации):

Затем активные частицы активируют следующие молекулы стирола II соединяются с ними, образуя цепь (следующая стадия):

Рост цепи прекращается, если соединяются две растущие цепи или если к растущей цепи присоединяется другой остаток, например фрагмент катализатора. Эта стадия называется обрывом цепи:

Упрощенная формула полистирола имеет вид:

Разумеется, мы не сможем изобразить все полученные цепные молекулы. Но в этом и нет необходимости. Достаточно лишь указать основное звено цепи и степень полимеризации п. Изменяя условия полимеризации, мы можем регулировать величину п. При высоких температурах полимеризация происходит очень быстро с образованием коротких цепей, и полимер получается хрупким. В промышленности требуется высокая степень полимеризации.

В ГДР полистирол производится на комбинате синтетического каучука, к которому относятся заводы в Шкопау, Аммендорфе и Рюбеланде. Только на главном предприятии в Шкопау работает 20 000 человек. Этот комбинат является крупнейшим в ГДР поставщиком химической продукции для экспорта.

Технология там основана пока, главным образом, на использовании карбида, однако в ближайшие годы благодаря сырью из других социалистических стран все большая доля исходного мономера будет получаться из нефти.

ПОЛИВИНИЛХЛОРИД — ВАЖНЕЙШАЯ ПЛАСТМАССА

Месторождения цветных металлов на Земле, и раньше не такие уж богатые, быстро исчерпываются. Между тем, их потребление все время растет в связи с ростом машиностроения и вообще с развитием техники. Эту диспропорцию помогают устранить пластмассы.

Слово поливинилхлорид в наши дни можно услышать очень часто. Например, во многих отраслях химической промышленности он вытеснил свинец. Из него изготовляют крупные детали контактных аппаратов для производства серной кислоты. Кроме того, поливинилхлорид успешно применяется в строительном деле (Из него делают покрытия для полов, гибкие трубы, пластины и блоки для тепло- и звукоизоляции — Прим. перев.). Скоро уйдут в прошлое водосточные желоба и трубы, вентиляционные трубы из листового оцинкованного железа. После того как в результате добавления пластификатора — диалкилфосфонстеарата — удалось довести морозостойкость поливинилхлорида до -45 °C, этот материал приобрел множество новых почитателей.

В ГДР поливинилхлорид занимает первое место среди всех пластмасс (В нашей стране по объему производства поливинилхлорид занимает среди пластмасс второе место, уступая только полиолефинам — полиэтилену и др. — Прим. перев.)

Он главным образом, на комбинате синтетического бутадиенового каучука в Шкопау и на химических заводах в Биттерфельде и Эйленбурге. Сырья для его производства сколько угодно — это вода, известняк, уголь и поваренная соль.

Многообразные возможности применения поливинилхлорида в достаточной мере используются лишь в последние годы, хотя этот полимер известен давно. В 1912 г. Клатте разработал основы технологии его производства, в 1926 г. он впервые был изготовлен в промышленности, а с 1934 г. в Германии началось его производство в крупных масштабах в Бительсфельде, Шкопау и Людвигсхафене.

Опыты с поливинилхлоридом

Для опытов с поливинилхлоридом мы наверняка найдем достаточное количество материала. Нам понадобится несколько полосок жесткого поливинилхлорида (винипласта). Их можно нарезать, например, из плиток для покрытия пола. Еще легче найти дома мягкий поливинилхлорид (пластикат) — в виде порванной скатерти, плаща или накидки, занавески для ванны и т. д.

Вначале посмотрим, как ведет себя поливинилхлорид при нагревании и при обработке кислотами, щелочами и органическими растворителями. Кроме того, попробуем соединить друг с другом кусочки поливинилхлорида с помощью сварки.

Для сварки горячим воздухом нам понадобится "сварочный пруток", который мы изготовим, нарезав тонкие полоски из поливинилхлоридной пленки. На стыке двух кусков поливинилхлорида напильником выточим бороздку для сварочного шва, так чтобы в разрезе она имела форму латинской буквы V (см. рисунок). Закрепим оба куска на дощечке, поместим "сварочный пруток" в бороздку для шва и обработаем линию сваривания током горячего воздуха из паяльной трубки, используя для нагревания воздуха горелку Бунзена или паяльную горелку. При отсутствии воздуходувки можно продувать воздух ртом.

Для контактной сварки возьмем нагретый до 250 °C металлический стержень, например паяльник, и проведем им между двумя наложенными друг на друга полосками поливинилхлоридной пленки. Размягченные места плотно прижмем друг к другу с помощью деревянной скалки или валков для отжима белья в стиральной машине. Если достаточно потренироваться, то мы вскоре в совершенстве овладеем техникой переработки поливинилхлорида. Эти навыки пригодятся при изготовлении простых приборов, необходимых для оснащения лаборатории (штативов для маленьких пробирок и пипеток и т. п.).

ОРГАНИЧЕСКОЕ СТЕКЛО

Что такое стекло? Короткий и четкий ответ мы можем найти в энциклопедическом словаре: "Стекло — изготовленный в результате плавления хрупкий и прозрачный материал, состоящий из оксида кремния SiО₂ и окислов металлов". Обычное стекло — это неорганический материал. Замечательным свойством этого материала является его высокая светопроницаемость. Однако стекло трудно перерабатывать, и оно слишком легко бьется. Этих недостатков не имеет органическое стекло, о котором пойдет речь дальше. Строго говоря, это вообще не стекло, а один из термопластов — полиметилметакрилат (полимер метилового эфира метакриловой кислоты). Оно хорошо пропускает не только видимый свет, но и ультрафиолетовые лучи.

Открытый немецким химиком Бауэром в Дармштадте, этот полимер под названием плексиглас или органическое стекло в виде листов и блоков поступил в продажу и вскоре стал незаменимым материалом во многих отраслях промышленности. В ГДР он некоторое время был дефицитным, но в наши дни положение изменилось. На азотном заводе в г. Пистерице органическое стекло производится по последнему слову техники. Это стекло поступает в продажу под названием пиакрил-Р и отличается прежде всего легкостью, с которой оно поддается формованию, а также малой плотностью, высокой светопроницаемостью и прочностью. Оно применяется в машиностроении, авиастроении, вагоностроении и судостроении, для изготовления деталей оптических приборов, моделей, для оформления витрин, вывесок и т. д. Рифленое органическое стекло служит для остекления железнодорожных вагонов. Применение пиакрила позволяет ГДР сэкономить значительные средства.

Перечисленные области применения органического стекла далеко не исчерпывают всех его возможностей. Из него делают зубные протезы. Сейчас проводятся опыты по использованию органического стекла в качестве заменителя кости. В будущем органическое стекло, несомненно, найдет еще немало новых интересных областей применения.

ХИМИЯ ОДЕВАЕТ НАС КРАСИВЕЕ И ЛУЧШЕ

В солнечный весенний день 1801 г. в порт Сидней, расположенный на юге Австралии, прибыл парусник. Его капитан — лейтенант английской армии МакАртур — привез дюжину мериносов испанской породы — овец с тонкой однородной шерстью белого цвета. До этого овец в Австралии не было. Сегодня же их поголовье насчитывает там 140 миллионов и превышает поголовье овец во всех других капиталистических странах. Ежегодно в Австралии производится 700 000 т шерсти, что составляет около 30 % всего мирового производства.

В Германии мериносов начали разводить еще раньше. В 1765 г. один пастух пригнал из Штольпена в Заксен стадо из 92 баранов и 128 овец. Пеший переход занял около 6 недель. Эти овцы были доставлены в гамбургский порт из испанской области Эстремадура. Скрещивание испанских мериносов с германскими овцами позволило вывести такую породу овец, которая дает мяса и шерсти больше, чем их испанские предки.

В ГДР поголовье овец составляет около 2 миллионов. В ряде народных имений овцеводы добились образцовых результатов. Выведенные ими племенные животные вывозятся во многие страны мира и даже в Австралию. Мериносовая овца дает за одну стрижку 4,5–5 кг шерсти, а баран — больше 7 кг. Между тем, один шерстяной пуловер весит лишь около 800 г, а вязаная кофта 500–700 г. Из шерсти, которую ежегодно настригают в ГДР, можно было бы изготовить 20 миллионов пуловеров или 10 миллионов кофт. Однако из шерсти делают еще ковры, одеяла, чулки, носки, материалы для костюмов и пальто и т. п.

За последние 100 лет население Земли удвоилось. Но еще больше возросли потребности людей. Выработка природных волокон — шерсти, хлопка, натурального шелка, льна, конопли — стала заметно отставать от спроса. Так, за последние 40 лет она увеличилась лишь на 25 %, а спрос — на 100 %.

Устранить это несоответствие помогла химия. Ежегодно на заводах производятся миллионы километров искусственного шелка и других химических волокон из природной целлюлозы или из угля, известняка, поваренной соли и воды. (В отличие от натуральных, имеющих природное происхождение, все остальные волокна вместе, изготовляемые на заводах, в советской научной литературе называют химическими. «Полусинтетические» волокна, изготовленные в промышленности из природных полимеров, обычно называют искусственными, в отличие от синтетических волокон, изготовленных из синтетических полимеров. Правда, в некоторых книгах искусственными называют все волокна. — Прим. перев.)

За последние 15 лет объем мирового производства волокон увеличился в 3 раза, а доля ГДР в мировом производстве по сравнению с 1945 г. увеличилась в 20 раз.

Огромное значение химических волокон очевидно. В самом деле, если затраты труда на изготовление синтетического полиамидного шелка принять за 100 %, то для искусственного вискозного шелка они составят 60 %, для шерсти 450 %, а для натурального шелка еще больше — 25 000 %!

Шерсть на овце за 3 месяца отрастает в среднем на 50 мм. А на заводе химического волокна прядильная машина за 1 минуту вытягивает до 5000 м нити!

ВОЛОКНО ПОД УВЕЛИЧИТЕЛЬНЫМ СТЕКЛОМ

Волокна состоят большей частью из гигантских молекул с прямой цепью, которые характеризуются высокой степенью полимеризации. По своей химической природе они весьма различны. В зависимости от происхождения и способа получения мы разделим волокна на три группы:

натуральные волокна: шерсть и шелк, состоящие из белков; хлопок, лен и конопля, состоящие из целлюлозы;

"полусинтетические" волокна, которые получают в результате переработки природных веществ: различные виды искусственного шелка и штапельное волокно из целлюлозы, искусственное волокно из белка казеина;

синтетические (цельносинтетические) волокна — высокомолекулярные химические соединения, синтезированные из мономеров. К ним относятся, например, поливинилхлоридное, полиамидное, полиакриловое и полиэфирное волокно.

Химическая природа волокон определяет их устойчивость, способность к окрашиванию и набуханию. В свою очередь, способность к набуханию влияет на электрические свойства и на прочность во влажном состоянии. Теплоизолирующие свойства определяются общим строением волокон и состоянием поверхности. В самом деле, волокна с гладкой поверхностью прилегают друг к другу плотнее, чем извитые волокна типа шерсти, которые могут закручиваться в клубок или завиваться спиралью. Следовательно, в тканях из нитей с гладкой поверхностью, не может содержаться много воздуха, то есть они будут менее теплыми.

Часто даже по внешнему виду ткани можно сказать, из какого волокна она изготовлена. Мы приступим теперь к исследованию различных образцов тканей. Пинцетом выдернем из кусочка ткани несколько волокон и рассмотрим их под сильным увеличительным стеклом или, лучше, под микроскопом с увеличением в 200–400 раз.

На рисунке видно, что поверхность различных волокон при этом выглядит по-разному. На рисунке изображено также поперечное сечение волокон. Чтобы увидеть его, нужно сделать очень тонкие срезы волокон с помощью специального инструмента — микротома.

Исследуем волокна

Шерсть состоит из тонких волоконец — фибрилл, каждое из которых представляет собой целое скопление клеток. Эти волоконца покрыты чешуйчатой роговой оболочкой. Главная составная часть шерсти — кератин, белок, содержащий 4–5 % серы. Мы можем обнаружить серу и, тем самым, отличить шерсть от других волокон.

С этой целью поместим в пробирку немного сухой овечьей шерсти, нагреем ее и в парах над пробиркой подержим полоску фильтровальной бумаги, пропитанную раствором этаната (ацетата) свинца. А можно растворить немного шерсти в 5 %-ном растворе едкого натра и смешать полученный раствор с раствором этаната свинца. В обоих случаях появляется черная окраска, вызванная образованием сульфида свинца. (Осторожно! Этанат свинца ядовит!)

Надежнее всего мы выясним тип волокна по его поведению в пламени. Такой анализ провести легко: материал для исследования можно найти в маминой шкатулке с нитками для шитья, вязания и штопки, и, кроме свечи и пинцета, нам больше ничего не понадобится. Внесем нить в верхнюю зону пламени, тотчас вынем ее из огня и посмотрим, разгорается пламя или, наоборот, затухает. Кроме того, обратим внимание на запах. При нагревании сухой пробы в пробирке мы получим несколько больше продуктов разложения, достаточно для испытания их реакции лакмусовой бумажкой.

Шерстяные нити горят медленно и вспучиваются, после сгорания остается черная углевидная зола. Горение шерсти сопровождается запахом паленых волос. Выделяющиеся пары обнаруживают щелочную реакцию. Шерсть стойка к сильно разбавленным кислотам, но разрушается концентрированными кислотами и щелочами. С концентрированной азотной кислотой она дает при нагревании интенсивное желтое окрашивание (ксантопротеиновая качественная реакция на белок). Если затем пожелтевшую шерсть промыть водой и поместить в концентрированный водный раствор аммиака (нашатырный спирт), то она приобретет оранжевую окраску.

Натуральный шелк состоит из белка, не содержащего серы (проверить!). Нити шелка — сырца покрыты шелковым клеем — серицином, который удаляется при обработке кипящей водой или горячим мыльным раствором. Шелковые нити гладкие. Проба на сгорание выдает для шелка такой же результат, как и для шерсти. Стойкость его по отношению к щелочам несколько больше, чем у шерсти. Ксантопротеиновая реакция и для этого волокна дает положительный результат.

Хлопковым волокном называют волоски, покрывающие семена растения хлопчатника. Это волокно, очищенное от примесей, состоит из почти чистой целлюлозы. Под микроскопом одноклеточное волокно хлопка похоже на шланг, закрученный вокруг своей оси. Хлопок при комнатной температуре стоек к растворам щелочей, которые даже при нагревании разрушают его лишь частично, но быстро и полностью разрушается сильными кислотами. Хлопковые нити горят, распространяя запах горелой бумаги. После сгорания остается светло-серая зола с желтоватым оттенком. Выделяющиеся при горении пары имеют слабокислую реакцию.

У искусственных шелков и "целлюлозной шерсти" (вискозного штапеля) волокна не закручены. По сравнению с хлопком они более гладкие, блеск сильнее, а прочность в мокром виде, за исключением ацетатного шелка, меньше. Вискозный и медно-аммиачный шелк при пробе на сгорание ведут себя так же, как хлопок. Ацетатный шелк горит и плавится, выделяющиеся пары имеют кислую реакцию, а зола получается белая.

Синтетические волокна под микроскопом снаружи очень похожи на описанные выше "полусинтетические", но на срезе они выглядят иначе (см. рисунок). Их нити, если они изготовлены прядением из расплава, могут иметь своеобразное поперечное сечение, а в последнее время встречаются даже полые нити. Волокна этой группы можно различить, прежде всего по поведению в пламени, а также при сухой перегонке (нагревание в пробирке).

Ниже указаны основные отличительные признаки синтетических волокон:

(Здесь и далее в книге приведены названия волокон, выпускаемых в ГДР. В нашей стране подобные волокна выпускаются под другими названиями: хлорированное поливинилхлоридное волокно — хлорин, полиамидное — капрон, анид, полиакрилонитрильное — нитрон, полиэфирное — лавсан. — Прим. перев)

Тип волокна ∙ Поведение в пламени, цвет пламени, характер горения, запах, реакция паров

Поливинилхлоридное (пивиацид) ∙ Не воспламеняется, а спекается, приобретая при этом черный цвет. Запах едкий (НСl), пары окрашивают синюю лакмусовую бумажку в красный цвет

Полиамидные волокна (дедерон, найлон) ∙ Плавятся и текут по каплям, издавая отвратительный запах мышиного помета. Пары имеют щелочную реакцию. Остаток — твердая масса с окраской от коричневой до черной

Полиакрилонитрильные волокна (вольпрюла) ∙ Горят быстро, с потрескиванием, желтым пламенем, остаток — твердый, черного цвета. Пары пахнут паленым рогом и обнаруживают щелочную реакцию

Полиэфирные волокна (гризутен) ∙ Воспламеняются с трудом, горят медленно желтым коптящим пламенем. Пары коричневатые, имеют щелочную реакцию

При достаточной тренировке можно научиться свободно различать образцы пряжи только по запаху при пробе на сгорание. Иногда удается определять таким образом даже тип волокон в смешанных тканях.

Руководствуясь схемой экспресс-анализа текстильных волокон, читатели могут провести множество опытов по анализу волокон.

ШЕЛК И ШЕРСТЬ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

Оболочки клеток растений состоят, главным образом, из целлюлозы полисахарида, которому отвечает брутто-формула (C₆H₁₀O₅)_n. Молекулы целлюлозы отличаются от крахмала, имеющего такую же брутто-формулу, более высокой степенью полимеризации. Последняя у целлюлозы составляет 2500–3000 и иногда доходит даже до 4000, тогда как у крахмала она находится в пределах 600–900. Кроме того, целлюлоза построена из звеньев β-глюкозы, а крахмал — из α-глюкозы. Указанные формы глюкозы очень мало отличаются друг от друга своим пространственным строением:

Однако, как ни мало это различие, и на их свойствах.

Например — две молекулы α-глюкозы солодового сахара (упрощенная формула):

Две молекулы β-глюкозы связываются с образованием целлобиозы (упрощенная формула):

При дальнейшем отщеплении воды образуются новые кислородные мостики:

Приведенные формулы дают представление о пространственном строении молекул. Чтобы сделать более отчетливым положение плоскости кольца, в них обозначены жирными линиями те связи, которые обращены вперед, к читателю. Остальные же связи кольца находятся сзади, как бы уходя за плоскость экрана.

Правда, различие в свойствах целлюлозы и крахмала вызвано не только различием в строении звеньев, из которых они состоят. Молекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, не имеют разветвлений, то есть они построены более упорядочение. Обычно цепи молекул целлюлозы располагаются параллельно друг другу и образуют между собой связи за счет так называемых водородных мостиков (водородная связь — соединение двух атомов (в данном случае атомов кислорода разных молекул) посредством атома водорода. Прочность этой связи намного меньше, чем прочность других, «обычных» химических связей в молекуле целлюлозы — Прим. перев.). Так возникает волокно. При переработке целлюлозы молекулы ее частично расщепляются, и степень полимеризации уменьшается до 200-1000.

В древесине, помимо целлюлозы, содержатся и другие вещества. Например, по данным анализа, сухая древесина ели имеет такой состав:

Целлюлоза — 47%

Гемицеллюлоза (полисахарид, сходный с целлюлозой) — 20%

Лигнин — 30%

Древесная камедь и смола — 3%

Для получения чистой целлюлозы, необходимой для изготовления искусственного шелка и вискозного штапельноговолокна, из древесины нужно, прежде всего, удалить лигнин и смолу. С этой целью измельченную древесину (щепу) нагревают под давлением в огромных аппаратах объемом несколько сотен кубических метров, либо с раствором бисульфита кальция Са(Н₃О₃)₂ (сульфитная варка), либо со щелочным раствором NaOH и Na₂S (сульфатная варка). При этом лигнин переходит в раствор, а целлюлоза не растворяется. Ее очищают, отбеливают и обезвоживают. Растворы, которые образуются в больших количествах при варке древесины, — щелоки — обычно подвергают дальнейшей переработке.

Обнаружение лигнина

Газетную бумагу изготавливают из кашицы, которая образуется при тонком измельчении древесины в специальных аппаратах непрерывного действия. Поэтому она содержит все составные части древесины. Докажем присутствие в ней лигнина. Нанесем на бумагу каплю раствора гидрохлорида анилина С₆Н₅NН₂-НСl (его получим, растворив несколько капель анилина в 5 %-ной соляной кислоте). При этом бумага приобретает желтую окраску. Чертежная бумага, если не придавать значения едва заметному изменению окраски, не дает такой реакции.

При изготовлении искусственных волокон необходимо либо растворить саму целлюлозу — при этом разрываются связи между ее параллельно расположенными молекулами, либо так изменить ее химическое строение, чтобы после этого она растворялась в соответствующих растворителях. Второй способ открыл в 1891 г. француз, граф де Шардонне. Он пронитровал отходы хлопка и растворил полученный динитрат в смеси спирта с эфиром. При продавливании раствора через тонкое отверстие и последующем испарении растворителя удалось получить нить. Так называемый шелк Шардонне, который с 1896 г. стали изготовлять на опытном производстве в Безансоне, слишком легко воспламенялся и к тому же дорого стоил. Поэтому он не мог получить признания.

Растворим полученный нами динитрат целлюлозы, смеси спирта с эфиром и отфильтруем этот раствор через — стекловату. Затем с помощью горелки оттянем короткую стеклянную трубку или пробирку — так, чтобы на конце ее получилось очень узкое отверстие. Можно использовать и старый

Осадительная ванна

Изготовление шелка Шардонне ненужный шприц. Изготовленную фильеру заполним раствором и вставим в нее пробку со стеклянной трубкой, на которую надет резиновый шланг. Если осторожно подуть в шланг, то раствор будет выдавливаться из отверстия. В слегка нагретом воздухе он затвердеет, образуя нить (Ввиду легкой воспламеняемости шелка Щердонне и эфира опыт нужно проводить с осторожностью! В этом опыте безопаснее провести прядение мокрым способом, продавливая раствор коллаксилина в воду — Прим. перев.).

Метод сухого прядения, который мы использовали в этом опыте, еще применяется и в наши дни в промышленности в крупном масштабе, например при изготовлении ацетатного шелка. Последний получают следующим образом. Отходы хлопка при перемешивании обрабатывают ледяной этановой (уксусной) кислотой и ее ангидридом в присутствии небольшого количества серной кислоты, которая служит катализатором. Образуется триацетат целлюлозы — эфир целлюлозы с уксусной кислотой, у которого этерифицированы все три гидроксильные группы в каждом остатке глюкозы, из которых построена целлюлоза. Это вещество подвергают затем обратному превращению в более легко растворимый диацетат целлюлозы. Последний растворяют в пропаноне (ацетоне) или смеси этанола с бензолом и получают прядильный раствор. Для изготовления нитей этот раствор продавливают через фильеры — металлические или фарфоровые диски с очень узкими отверстиями — в прядильную шахту, продуваемую нагретым воздухом. При этом растворитель испаряется и удаляется вместе с потоком воздуха. Пары растворителя конденсируют и снова используют в производстве.

Изготовление ацетатного шелка

Для опыта нам нужен ацетат целлюлозы (ацетилцеллюлоза). Возьмем фотопленку и удалим с нее бромосеребряный желатиновый слой. При выдерживании пленки в горячей воде он набухает и легко снимается. После этого проверим растворимость пленки в пропаноне (ацетоне). Смешаем ацетат целлюлозы с таким количеством пропанона, чтобы получилась густая каша. Полученную массу медленно (!) выдавим из шприца без иглы, осторожно намотаем полученную нить на рамку из изогнутой стеклянной палочки и высушим. Сушку можно ускорить при обработке умеренно подогретым воздухом. Для этого можно использовать, например, электрическую плитку с закрытым нагревательным элементом, как показано на рисунке. (Ни в коем случае не применять источник открытого огня!)

Ацетатный шелк — ценное волокно, относящееся к числу полусинтетических. Он превосходит натуральные волокна по прочности в мокром виде. По блеску и гладкости нитей ацетатный шелк лучше натурального шелка, но уступает ему в эластичности и прочности.

Ацетатный шелк не окрашивается обычными красителями для шерсти и хлопка. Поэтому для него потребовалось создать особую группу красителей. По той же причине при обработке красителями для шерсти или хлопка смешанных тканей, в состав которых входит ацетатный шелк, можно получить своеобразные расцветки.

Чистую целлюлозу (из отходов хлопка или из древесины), не изменяя ее химического состава, можно растворить в растворе комплексного соединения — гидроксида тетрамминмеди(II) [Cu(NH₃)₄](OН)₂. Такой раствор впервые получил еще в 1857 г. Швейцер. Немецкий исследователь Фремери в 1898 г. разработал технологию изготовления нового типа искусственного шелка, который получил название медно-аммиачного шелка. По этому способу отходы хлопка растворяли в растворе указанного комплекса меди — в наши дни его называют реактивом Швейцера — и после фильтрования и процесса созревания полученный раствор протягивали через стеклянные капилляры диаметром 0,1 мм в слабо подщелоченную воду. В результате получались нити, обладающие замечательным блеском.

Изготовление медно-аммиачного шелка

Этот опыт нам удастся провести только при точном соблюдении приведенной прописи.

В химический стакан нальем 20 мл воды и будем добавлять измельченный в тонкий порошок сульфат меди до тех пор, пока он, несмотря на перемешивание, не перестанет растворяться. 10 мл полученного насыщенного раствора разбавим 100 мл воды и из бюретки добавим по каплям при перемешивании 30 %-ный раствор едкого натра до щелочной реакции. Реакцию раствора будем проверять, отбирая капли его стеклянной палочкой и касаясь этой палочкой красной лакмусовой бумаги. По показанию бюретки запишем, сколько щелочи понадобилось добавить. Остальное количество раствора сульфата меди — около 10 мл — без предварительного разбавления смешаем с 10 мл 25 %-ного водного раствора аммиака и добавим столько же 30 %-ного раствора едкого натра, сколько понадобилось добавить к первой порции раствора сульфата меди. Обычно щелочи расходуется 0,2–0,3 мл или меньше. Полученный раствор имеет интенсивную синюю окраску. Теперь растворим в нем приблизительно 1 г мелко нарезанной фильтровальной бумаги, бинта или ваты и оставим полученный довольно вязкий раствор на 10 минут. Если не вся целлюлоза растворилась, профильтруем раствор через стекловату.

Теперь изготовим из стеклянной трубки фильеру (см. рисунок). Кусочком резинового шланга соединим ее с тем сосудом (широкой стеклянной трубкой или воронкой), в котором должен находиться прядильный раствор. Под фильерой поставим кристаллизатор — широкую плоскую чашу — и заполним его 20–30 %-ным раствором едкого натра. Этот кристаллизатор послужит в нашем опыте осадительной ванной.

В сосуд, соединенный с фильерой, нальем прядильный раствор и подождем, пока из отверстия фильеры не выйдет первая капля. После этого опустим фильеру в осадительную ванну и пинцетом будем медленно вытягивать из фильеры образующуюся нить. При тщательном выполнении опыта можно получить нить длиной 0,5–1 м. Полученную нить нужно выдержать еще 2 минуты в осадительной ванне, промыть в стакане чистой водой и для удаления меди обработать 2 %-ной серной кислотой до обесцвечивания. После этого снова промоем нить водой и в заключение высушим. Посуду, использованную в этом опыте, вымоем, и соберем такой же прибор для изготовления другого типа искусственного шелка — вискозного шелка.

Изготовление вискозы

В колбе Эрленмейера тщательно перемешаем 3 г чистой целлюлозы (можно взять фильтровальную бумагу) с 18 %-ным раствором едкого натра (плотность 1,2 г/см³) и оставим на 1 час. Обработанную щелочью целлюлозу отфильтруем и тщательно отожмем для удаления избытка щелочи, добавим 5 мл сероуглерода CS₂ и оставим на 3–5 часов (Сероуглерод очень ядовит, легко воспламеняется и имеет отвратительный запах. Работать с ним можно только под вытяжкой. — Прим. перев.).

При этом целлюлоза подвергается так называемому ксантогенированию. Образуется масса, имеющая окраску от желтой до коричневой. Иногда сверху над ней остается бесцветный прозрачный слой сероуглерода. Мы должны слить его, стараясь отделить сероуглерод как можно полнее. Полученную очень вязкую массу — ксантогенат целлюлозы — растворим в 30–40 мл 2,5 %-ного раствора едкого натра (плотность 1,03 г/см³). Эту желтую вязкую жидкость-раствор ксантогената целлюлозы в разбавленном растворе едкого натра называют вискозой (от латинского viskosus — вязкий). Для так называемого созревания нужно выдержать вискозу в тщательно закрытой колбе.

На следующий день попробуем формовать из вискозы волокно с помощью прибора, уже использованного нами для изготовления медно-аммиачного шелка. Диаметр отверстия фильеры должен быть 0,3–0,5 мм. Осадительную ванну заполним 10–15 %-ной серной кислотой или, лучше, нагретым до 50 °C раствором 12 мл концентрированной серной кислоты, 30 г сульфата натрия и 1 г сульфата цинка (Осторожно! Сульфат цинка ядовит!) в 100 мл воды. Нить нельзя быстро вытягивать из осадительной ванны. Изготовленную нить нужно промыть водой для удаления серы, обработать горячим 15 %-ным раствором сульфита натрия, промыть 0,5 %-ной соляной кислотой, затем снова водой и в заключение высушить.

Штапельное волокно получают из вискозы, протягивая ее одновременно через множество (до 15 000) тончайших отверстий. Нити, выходящие из нескольких отверстий, скручиваются вместе в жгут. После дальнейшей обработки их разрезают на так называемые штапельки длиной 30-200 мм. Затем волокно обрабатывают еще соответствующими растворами, чтобы придать ему извитость и ворсистость, свойственную шерсти.

В наши дни вискозный шелк приобрел наибольшее значение из всех полусинтетических волокон. Открытый Тофеном и Стирном в Англии, он после первой мировой войны получил признание и в других странах. Только в ГДР выпускается ежегодно более 25 000 т тканей из искусственного шелка и 110000 т штапельных тканей.

ХИМИЯ ОТКРЫВАЕТ НОВЫЕ ПУТИ

Недавно на международной ярмарке в Лейпциге внимание посетителей привлекла к себе вывеска над павильоном одной английской фирмы, торгующей текстильными изделиями. По распоряжению управляющего этой фирмой, из огромных букв были собраны слова: «Шерсть нельзя заменить ничем!» Ну что же, ему нельзя отказать в умении рекламировать свой товар. Однако этот бизнесмен не учел, что на той же самой выставке других павильонах были представлены великолепные ткани, изготовленные полностью или преимущественно из синтетических волокон; пряжа и нитки, обладающие такими достоинствами, которых нет у натуральных волокон.

Даже закоренелые скептики, которых раньше было не так уж мало, в последние годы могли воочию убедиться в том, что цельносинтетические волокна по прочности, стойкости к воде, погоде, свету, бактериям и насекомым, эластичности и способности защищать от холода часто превосходят волокна природного происхождения — шерсть, хлопок и шелк.

Химики во многих странах непрерывно трудятся над созданием новых волокон и улучшением качества уже известных.

Не отстают от них и технологи. Изменяя состав сырья и технологию его переработки, они улучшают качество тканей и придают им ряд особых свойств, например делают их водоотталкивающими или не теряющими форму. В результате на международном рынке непрерывно появляются новые марки тканей.

Всего химики уже предложили почти 1000 различных типов синтетических волокон, однако из них лишь несколько производятся промышленностью в крупных масштабах. В настоящее время в ГДР наибольшее значение имеют четыре типа волокон: поливинилхлоридные, полиамидные, полиакрилонитрильные и полиэфирные.

Выбор именно этих волокон обусловлен не только химическими, физическими и технологическими факторами, но и, прежде всего, экономическими причинами. При массовом производстве сырье обязательно должно быть дешевым и легкодоступным. Кроме того, необходимо, чтобы свойства конечных продуктов можно было варьировать в широких пределах. Упомянутые типы волокон удовлетворяют всем этим требованиям.

Первое цельносинтетическое волокно было выпущено промышленностью в 1934 г. под названием волокно PC. Оно было изготовлено на основе поливинилхлорида. В результате хлорирования винилхлорида (см. схему) можно получить 1,1-дихлорэтен (несимметричный дихлорэтилен, винилиденхлорид). Из него получают волокна с повышенной термостойкостью. Обычно это соединение подвергают сополимеризации с винилхлоридом: Так получаются сополимеры на основе 1,1 — дихлорэтена. Поливинилхлоридные волокна устойчивы к кислотам и щелочам. Кроме того, они отличаются прочностью в мокром состоянии и негорючестью. Эти свойства особенно ценны для защитной одежды, уплотнений, фильтровальных тканей, рыболовных сетей, пожарных шлангов, канатов, театральных декораций и др. Материал вилан-вэше из поливинилхлоридного волокна, изготовляемый в ГДР на фабрике в Вольфене, хорошо удерживает тепло. Белье из него при ношении накапливает высокий электростатический заряд и поэтому особенно рекомендуется тем, кто страдает ревматизмом (Подобными лечебными свойствами обладают изделия, выпускаемые в нашей стране из поливинилхлоридного волокна под названием хлорин. — Прим. перев.). Правда, вследствие низкой температуры размягчения поливинилхлоридных волокон (от 80 до 90 °C) одежду из этой ткани нельзя кипятить и гладить.

В ГДР производство поливинилхлоридных волокон достигло такого уровня, что она может полностью удовлетворить потребности не только свои, но и двух соседних социалистических стран — Польши и Чехословакии.

К группе полиамидных волокон относятся дедерон и найлон (В нашей стране им соответствуют названия капрон и анид. — Прим. перев.). В их строении есть некоторое сходство с простыми белками — протеинами:

— NH — CHR¹—СО — NH — CHR²—СО— фрагмент молекулы белка (полипептидная цепь), R¹ и R² — боковые цепи

[-NH-СН₂)₅-СО-]_n дедерон

[— СО — (СН₂)₄^_СО — NH — (СН₂)₆-NH-]_n найлон

Напомним, что разложение дедерона при нагревании сопровождается характерным запахом паленых волос. В качестве исходного мономера для получения дедерона используется белое кристаллическое вещество— капролактам.

Ни одно синтетическое волокно не распространено так, как дедерон. Дедерон (капрон) впервые предложен немецким ученым Шлаком в 1936 г., а найлон — в 1931 г. Карозерсом в США. После этого менее чем за 20 лет их производство было налажено почти во всех индустриально развитых странах мира. В ГДР производство дедерона имеет огромное значение не только для удовлетворения внутренних потребностей страны, но и для продажи его другим странам.

Дедерон — легкий и одновременно очень прочный материал. Пара женских чулок из него весит всего лишь 10–20 г. Между тем, для их изготовления требуется более 10 километров нити.

Предел прочности дедерона на разрыв составляет около 57 кгс/мм², тогда как у латуни он равен 35–52, у меди 22–38, а у алюминия 10–20 кгс/мм². Кроме того, дедероновое волокно обладает высокой эластичностью, удовлетворительной стойкостью к действию разбавленных кислот и щелочей, а также исключительно высоким сопротивлением истиранию и продольному изгибу.

При изготовлении дедероновых чулок применяют метод формования нитей из расплава. Вязкую массу протягивают через фильеры со скоростью 900—1100 м/мин. В прядильной шахте под действием теплого воздуха нити затвердевают. После охлаждения их растягивают, при этом они становятся в 7 раз длиннее. В процессе растягивания макромолекулы в нитях располагаются параллельно друг другу, а между группами СО и группами NH соседних молекул, расположенных одна над другой, образуются водородные связи.

Благодаря этому прочность нитей на разрыв увеличивается в 5 раз.

Прядение дедерона (капрона) из расплава

Соберем прибор для формования нити из расплава. Для него понадобится маломощный нагревательный элемент (рефлектора или любого другого электроприбора — что удастся найти в магазинах электротоваров).

(Изготовление подобных самодельных нагревателей из готовых узлов бытовых электронагревательных приборов подробнее описано в книге: Н. Чертков, И. А. Черняк, Ю. А. Колударов. Самодельные демонстрационные приборы по химии. М., «Просвещение», 1976, — Прим. перев.). В этот нагревательный элемент вставим маленькую пробирку (для полумикроанализа) с оттянутым концом, как указано на рисунке. Включим его в сеть через реостат и, перемещая движок реостата, отрегулируем сопротивление нагревательного элемента так, чтобы внутри керамического цилиндра температура поддерживалась в пределах 210–220 °C. В пробирку поместим кусочек стекловаты, а на него — кусочки капрона (нарезанную леску, куски щетки, капронового шнура и т. д.). Когда материал начнет плавиться, увеличим давление в пробирке, присоединив к ней умеренно надутую камеру от волейбольного мяча. Через отверстие в нижней части пробирки диаметром 0,2–0,4 мм будет выходить нить, которую нужно быстро вытягивать. В холодном состоянии нить можно растянуть.

Разумеется, пробирку можно нагревать и током горячего воздуха, получаемым при продувании воздуха через нагретую стеклянную или металлическую трубку. Нужно только учесть, что температура не должна быть выше указанной, потому что иначе капрон начнет разлагаться.

Этот опыт можно провести быстрее, хотя и не так изящно. В этом случае можно расплавить в пробирке немного капрона, отобрать стеклянной палочкой каплю расплавленного полимера и нанести ее на деревянную дощечку, лежащую на столе. Тотчас, пока масса еще горячая, из нее можно вытянуть палочкой длинную нить — во всю длину комнаты. Попробуйте растянуть такую нить, чтобы оценить ее прочность.

6. Ценные «мелочи». Коротко о химии красителей

Еще в X веке до нашей эры, на дне Средиземного моря вблизи Тира — легендарного города в древней стране Финикии, воздвигнутого на скале у побережья нынешней Сирии, — ловили улиток-иглянок. (Современные зоологи называют их Murex brandalis.)

Сотням рабов приходилось изо дня в день нырять за этими улитками в море. Другие рабы выдавливали их, растирали с солью и подвергали дальнейшей переработке, состоявшей из многих операций. Добытое вещество вначале было белым или бледно-желтым, но под действием воздуха и солнечного света постепенно становилось лимонно-желтым, затем зеленым и, наконец, приобретало великолепную фиолетово-красную окраску. Полученный пурпур в течение нескольких веков был самым ценным из всех красителей. Он был тогда символом власти — право носить окрашенные пурпуром одеяния было привилегией правителей и ближайших к ним знатных особ. Окрашивание только одного квадратного метра ткани красителем, добытым таким способом, стоило очень дорого. Ведь для получения одного грамма пурпура нужно было обработать 10 000 улиток!

Изнурительный труд рабов Тира, которые надрывались для того, чтобы властители могли носить одеяние с пурпурной каймой, — не единственный в истории пример такого рода. Через несколько сотен лет индиго — фиолетово-синий краситель, добываемый из растения Indigofera tinctiria, стал одним из крупных источников наживы для британской Ост-Индской компании, сколотившей свое состояние грабежом. Корабли Ост-Индской компании ежегодно доставляли во все части света от 6 до 9 миллионов килограммов этого ценного красителя по цене 1 И английских фунта, т. е. 30 марок золотом за килограмм.

В наши дни все давно привыкли к тому, что дешевые и в то же время яркие красители всех цветов и оттенков легко купить в магазине. Их изготовление теперь уже не требует непосильного труда рабов или населения колоний. Красители, в том числе пурпур и индиго, производят рабочие, техники и инженеры на химических заводах. Впрочем, пурпур и индиго утратили свою былую славу. Их вытеснили более светопрочные синтетические красители, широким выбором которых мы сегодня располагаем.

КРАСИТЕЛИ ИЗ ВОЛЬФЕНА

Как приступили к синтезу красителей? Кто первым открыл путь к нынешним успехам? Здесь следовало бы привести множество имен. События развивались подобно цепной реакции. Как только были достигнуты первые успехи, дальнейшее развитие становилось все более быстрым и приводило к еще большим достижениям.

В 1826, 1840 и 1841 гг. Унфердорбен, Фрицше и Зинин независимо друг от друга получили из индиго анилин. В 1834 г. Рунге обнаружил анилин в каменноугольной смоле, в том же году он открыл фенол и несколько позже — первый краситель из каменноугольной смолы — розоловую кислоту. В 1856 г. юный Перкин в лаборатории Гофмана в Лондоне получил мовеин, а спустя 3 года Вергэну в Лионе удалось синтезировать фуксин (Первый синтетический краситель был получен в 1855 г. польским химиком, профессором Варшавского университета Натансоном, работавшим в то время в нашей стране — в г. Юрьеве (Тарту). При нагревании анилина с дихлорэтаном он получил ярко-красный краситель, позднее выделенный Вергэном при окислении технического анилина и названный фуксином. Через полгода после этого, в 1856 г. 18-летний английский химик Перкин, работая во время каникул в своей домашней лаборатории, при неудачной попытке синтезировать хинин неожиданно получил яркий красновато-фиолетовый краситель — мовеин. Вместе с отцом и братом Перкин основал фирму и уже через год организовал производство мовеина в заводском масштабе. Тем самым Перкин положил начало созданию анилинокрасочной промышленности. — Прим. перев.). В 1868 г. Гребе и Либерманн раскрыли секрет ализарина — красного красителя, добываемого из корней марены. Затем последовали синтезы эозина и других фталеиновых красителей Байером и Каро и расшифровка строения красителей антраценового ряда Э. Фишером и О. Фишером. К концу XIX в. эти достижения увенчались внедрением в промышленность синтеза индиго по методу, разработанному Гейманном и другими химиками.

Уже в 1911 г. фирмы Германии экспортировали 22 000 т синтетического индиго. Выпуская одновременно 1 500 т дешевого синтетического ализарина, они почти полностью вытеснили природный ализарин, что привело к резкому сокращению разведения марены. В наши дни синтез красителей описан уже в 50 000 патентов и на мировом рынке насчитывается около 15 000 красителей самых различных оттенков.

В Германии на основе достижений науки быстро развивалась мощная анилинокрасочная промышленность. Возникло гигантское монополистическое объединение ИГ-Фарбениндустри, которому уже к началу первой мировой войны принадлежало 85 % всего мирового производства красителей Этот трест приобрел в Германии положение государства в государстве. Известны многие его преступления, с том числе его роль застрельщика в развязывании второй мировой войны (Хозяева треста способствовали приходу фашистов к власти в Германии в 1933 г. и активно сотрудничали с ними в дальнейшем. — Прим. перев.). В 1925 г. к этому тресту присоединилось предприятие «Агфа», основанное акционерным обществом по производству анилиновых красителей в Берлине. В ГДР оно превратилось в крупное социалистическое предприятие — завод синтетических красителей в Вольфене. В годы второй мировой войны это предприятие было сильно разрушено. 1 апреля 1952 г. после частичного восстановления советская военная администрация передала его ГДР. В наши дни завода Вольфене является частью химического комбината в Биттерфельде. Он выпускает около 700 различных продуктов, которые экспортируются в 36 стран. Среди них наряду с уже названными красителями — лекарственные и душистые вещества, косметические препараты азотные удобрения, средства для защиты растений, инсектициды, моющие средства и химические реактивы. Для их производства предприятие использует 1300 исходных и промежуточных веществ, включая такие простые вещества, как серная кислота и едкий натр.

Значительную часть продукций, изготовленной в Вольфеме, составляют красители. В том числе давно выпускаются сернистые черные красители и красители для хлопчатобумажного волокна черного и темно-синего цвета.

После 1945 г. в дополнение к этому развернулось производство новых красителей разных цветов. Появилось новое оборудование. Оно здесь обычно меньше по размерам, чем на других химических заводах, зато продукция несравненно ценнее.

Поскольку промышленность выпускает все новые волокна, постоянно возникает потребность и в новых красителях. Поэтому сейчас особое значение приобретает расширение ассортимента красителей а создание красителей новых оттенков. Здесь открыт необъятный простор для поиска. С 1957 г., например, выпускаются в Вольфене светопрочные и прочные к стирке купраминовые красители. Новые разработки позволяют ограничить импорт красителей и тем самым экономят государству средства.

ТАЙНА ЦВЕТА

Перед нами формула красителя относительно простого строения:

Его точное химическое название — n,n'-диметиламиноазобензолсульфонат натрия. Мы уже встречалось с этим веществом, только когда мы применяли его в качестве индикатора, то называли иначе — Метиловым оранжевым. Для крашения этот краситель, правда, не годится, так как при добавлении кислоты желтая окраска переходит в красную.

Органические красители не случайно имеют сложное строение. Исследования многих химиков позволили установить связь между окраской соединения и его строением. Основу, или ядро, молекулы красителя, как правило, образует кольчатая структура. К ней должны быть присоединены носители цвета — хромофоры. Это всегда ненасыщенные группы:

СН=СН — этиленовая группа

=С=O карбонильная группа (оксогруппа, кетогруппа)

— N=N— азогруппа — N=O нитрозогруппа

— NO₂ нитрогруппа

Ядро и хромофорные группы вместе образуют окрашенную систему — хромоген. В большинстве случаев наличие только одного хромофора еще не дает окраски.

Например, в молекуле оранжевого Р-каротина — красителя моркови — содержится 11 двойных связей. Кроме того, цвет зависит от того, как именно хромофоры расположены и связаны между собой. Для усиления цвета, углубления его оттенка и для достижения большей прочности выкраски на волокне к ядру с хромофором должны быть присоединены дополнительные группы — ауксохромы. К ним относятся, прежде всего, гидроксильная группа ОН и аминогруппа NH₂, которые не только влияют на окраску, но и вследствие своего кислого или основного характера повышают сродство красителя к волокну (С целью упрощения вопроса авторы приводят представления, которые, в основном, соответствуют хромофорно-ауксохромной теории цветности, сформулированной немецким ученым Виттом в 1876 г. Последняя оказала положительное влияние на развитие химии красителей, но в настоящее время во многом устарела. Современная электронная теория цветности рассматривает цвет как результат взаимодействия со светом электронного облака молекулы красителя — см., например: Б. И.Степанов. Введение в химию и технологию органических красителей. М., «Химия», 1971, — Прим. перев.). Несмотря на то, что эти правила давно известны, открытие нового красителя и в наши дни иногда бывает вызвано счастливой случайностью.

С учетом приведенных представлений рассмотрим подробнее формулу знакомого нам Метилового оранжевого:

Пользуясь нашим простым оборудованием и набором реактивов, мы, к сожалению, сможем синтезировать лишь некоторые из множества красителей, однако и эти примеры помогут нам понять, насколько богата и увлекательна эта область химии.

СИНТЕЗИРУЕМ КРАСИТЕЛИ ИЗ АНИЛИНА

Первый в мире патент на получение синтетического красителя из каменноугольной смолы был выдан восемнадцатилетнему Вильяму-Генри Перкину. За сходство с окраской цветка мальвы (по-английски mauve) Перкин назвал этот краситель мовеином. Вскоре фиолетовый цвет стал самым модным. Фирма «Перкин и К°», производившая мовеин, всячески содействовала этому, так как Перкину необходимо было убедить красильщиков в преимуществе нового красителя. Через Францию мовеин поставлялся и в германские государства.

Мовеин в пробирке

Мовеин образуется из технического аминобензола (анилина), содержащего толуидин, при действии сильного окислителя. Разотрем в порошок немного бихромата калия (осторожно — яд!), добавим к нему несколько капель воды — до консистенции каши, прильем 2,5 мл концентрированной серной кислоты и полученную смесь взболтаем. При необходимости ее можно недолго погреть на слабом пламени газовой горелки. К 1 мл сырого анилина (яд!) добавим только что приготовленную хромовую кислоту и осторожно нагреем. Смесь приобретает фиолетовую окраску. Дадим ей остыть и извлечем краситель, добавляя 10–15 мл воды. Но предупреждаем: попытка окрасить ткань погружением в раствор мовеина не даст хорошего результата.

Синтезируем Анилиновый желтый

Вначале растворим в одной пробирке 2 г нитрита натрия (нитриты ядовиты!) в 10 мл воды, а в другой — 0,5 мл анилина в 5 мл денатурата. Оба раствора поставим в баню для охлаждения. Нитрит натрия предварительно можно получить из нитрата натрия при сильном нагревании его в пробирке. Затем в колбе Эрленмейера вместимостью 250 мл при эффективном охлаждении (лучше всего ледяной водой или снегом) смешаем 0,5 мл анилина с 2 мл концентрированной соляной кислоты. Образуется кристаллический, белый гидрохлорид анилина. Добавим к нему при перемешивании воду до полного растворения — всего около 10 мл. При непрерывном охлаждении и одновременном перемешивании медленно прильем в колбу Эрленмейера водный раствор нитрита натрия, подождем 2–3 минуты и добавим приготовленный спиртовый раствор анилина. Образуется осадок, который, если мы все время тщательно охлаждали реакционную массу, остается желтым. Это и есть краситель Анилиновый желтый.

Попробуем использовать его для крашения ткани. Для этого нужно фильтрованием отделить краситель от раствора, затем промыть на фильтре холодной водой и в заключение высушить на воздухе.

Теперь попробуем разобраться, что происходило в колбе. Сначала у нас получилась солянокислая соль анилина (гидрохлорид анилина);

При этом израсходовалась не вся соляная кислота. Оставшаяся часть ее прореагировала с нитритом натрия с образованием хлорида натрия и азотистой кислоты:

NaNO₂ + НСl —> NaCl + HNO₂

Последняя с гидрохлоридом анилина, образовала окрашенное соединение — диазобензолхлорид:

Мы видим, что молекула этого соединения содержит хромофорную азогруппу — N=N—, которая уже была упомянута в начале этого раздела. Хотя диазобензолхлорид окрашен, он не окрашивает ткань, так как в нем нет ауксохромной группы. Поэтому нам приходится снова добавить анилин, чтобы ввести в молекулу красителя аминогруппу — NH₂:

(В приведенном рассуждении содержится неточность. Диазобензолхлорид имеет ионное строение:

Это вещество, называемое солянокислым фенилдиазонием, неустойчиво и легко подвергается превращениям, в частности, с образованием окрашенных соединений, однако само по себе не окрашено. Не следует путать входящую в состав этого соединения диазониевую группу — N=N с хромофорной азогруппой — N==N—. — Прим. перев.)

Как и уже упомянутый Метиловый оранжевый, Анилиновый желтый относится к классу азокрасителей. Сейчас он редко применяется для крашения, так как его вытеснили лучшие желтые красители.

Анилиновый черный — краситель для хлопка Открытый в 1863 г. Анилиновый черный относится к числу старейших органических красителей. Это популярный краситель хиноидного строения, имеющий брутто-формулу C₄₃H₃₄N₈ (Столь давно найденный Лайтфутом Анилиновый черный замечателен своим великолепным, «сочным» черным цветом, на фоне которого особенно ярко выглядят рисунки, нанесенные другими красителями. В этом отношении с ним и сейчас не может сравниться ни одни из черных красителей других классов. Поэтому вопрос о его строении в течение многих лет привлекает к себе внимание химиков. Однако загадка оказалась весьма сложной и до сих пор не решена до конца. Существенный вклад в решение вопроса внесли Вильштеттер и Грин (через 50 лет после открытия красителя!}, а также советский химик И. С. Иоффе. — Прим. перев.).

В пробирке к 0,5 мл анилина прильем равный объем концентрированной соляной кислоты, смесь взболтаем и медленно добавим 7 мл воды. Затем прильем к смеси еще 4 мл концентрированного раствора бихромата калия и оставим реакционную массу на 5-10 минут. При этом появится черная окраска. Выльем раствор в химический стакан на 100 мл, нагреем его до кипения и будем кипятить 0,5–1 минуту, а потом охладим. Образовавшийся Анилиновый черный отфильтруем, краситель на фильтре промоем водой. Он не растворяется в воде и спирте. Темный фильтрат можно вылить.

ПОЛУЧИМ ФТАЛЕИНОВЫЕ КРАСИТЕЛИ

На стр. 155 мы уже познакомились с нафталином, который содержится в среднем масле, получаемом при перегонке каменноугольной смолы:

Рассматривая его структурную формулу, мы видим, что она состоит из двух колец, имеющих два общих атома углерода. Поэтому нафталин относятся к числу конденсированных циклических соединений.

Из нафталина путем каталитического окисления получается фталевая (1,2-бензолдикарбоновая) кислота, а из нее при отщеплении воды — соответствующий ангидрид.

Фталевый ангидрид из фталевой кислоты

Фталевая кислота продается в магазинах химических реактивов. Для наших опытов мы сами получим фталевый ангидрид:

На песочной бане медленно нагреем в фарфоровой чашке небольшое количество фталевой кислоты. Чашку накроем часовым стеклом такого же диаметра. Фталевая кислота плавится при 230 °C. На стекле мы вскоре увидим красивые длинные иглы возгоняющегося фталевого ангидрида. Из него мы получим три любопытных красителя.

Получение индикатора фенолфталеина

В фарфоровой чашке тщательно перемешаем несколько кристаллов гидроксибензола (фенола) с трехкратным количеством фталевого ангидрида. Пипеткой будем добавлять по каплям серную кислоту — до тех пор, пока смесь полностью не пропитается жидкостью. Теперь при непрерывном перемешивании стеклянной палочкой подвергнем содержимое чашки на малом пламени горелки через асбестированную сетку нагреванию в течение нескольких минут. Когда появится белый дым, ненадолго прекратим нагревание, иначе потеряется слишком много фталевого ангидрида, который кипит при 131,6 °C. В конце опыта мы увидим, что плав приобретает окраску— от коричнево-красной до оранжевой. Реакция окончена:

Выльем плав в химический стакан с водой. При этом выпадает в осадок белый порошок, состоящий, в основном, из фенолфталеина наряду с некоторым количеством непрореагировавшего фталевого ангидрида. Присоединим к суспензии остатки плава из чашки, ополаскивая ее водой. Еще раз энергично размешаем содержимое стакана стеклянной палочкой, дадим ему отстояться и декантацией (сливанием) отделим воду от осадка.

Растворим полученный краситель в небольшом количестве спирта. Этот раствор мы можем использовать в качестве индикатора. Если добавление одной капли его к раствору щелочи вызывает интенсивное малиновое окрашивание, которое при добавлении кислоты снова исчезает, то мы можем быть уверены в том, что синтез удался.

Фенолфталеин — простейший фталеиновый краситель. Его синтез, впервые осуществленный еще в 1871 г. немецким химиком Байером, основан на реакции конденсации, при которой серная кислота действует как водоотнимающее средство.

Фенолфталеин непригоден для крашения волокон, потому что его окраска изменяется в зависимости от кислотности среды. Он используется преимущественно в качестве индикатора. Кроме того, фенолфталеин служит слабительным.

Его близкими родственниками являются флуоресцеин и эозин.

Чем подцвечивают воду в ванне

Препараты для подцвечивания и отдушивания воды в ванне наряду с различными солями и эфирными маслами содержат краситель, который поглощает падающий свет и тотчас излучает его обратно. Излучаемый свет обладает меньшей энергией и, следовательно, характеризуется большими длинами волн, чем поглощенный. Это явление называется флуоресценцией, а краситель — флуоресцеином.

Проведем опыт точно так же, как и получение фенолфталеина, только вместо гидроксибензола (фенола) возьмем один из его аналогов— 1,3-дигидроксибензол (резорцин) в количестве, равном количеству фталевого ангидрида. Реакционную массу постепенно нагреем до 180 °C.

Плав получается густым и имеет кроваво-красную окраску. Дадим ему застыть и половину сохраним для дальнейших опытов, а другую половину переработаем следующим образом. Поместим плав в пробирку, перемешаем с разбавленным водным раствором аммиака или едкого натра, слегка нагреем и взболтаем. Образуется соль, придающая раствору интенсивное окрашивание. Щелочи нужно взять достаточно, поскольку она необходима не только для превращения флуоресцеина в соль, но и для нейтрализации серной кислоты. (Осторожно! При нейтрализации выделяется тепло.)

Одну каплю раствора добавим в большую пробирку с водой и перемешаем. Если теперь посмотреть на раствор против света, то он выглядит желтым. Если же смотреть на него в отраженном свете — сверху или по направлению падающего света на темном фоне, то заметна зеленая флуоресценция.

Благодаря флуоресценции можно обнаружить этот краситель в самой малой концентрации. Флуоресценция хорошо заметна даже при растворении 1 г вещества в 40 ООО л воды! 250 г этого красителя достаточно для подцвечивания воды в бассейне для плавания длиной 100 м, шириной 25 ми глубиной 2 м. Способность флуоресцеина необычайно легко обнаруживаться в ничтожно малых концентрациях используют для определения направления подземных водных течений. Примером может служить решение вопроса об «исчезновении» Дуная. В верховье этой реки, вблизи железнодорожной станции Иммединген, большая часть дунайской воды теряется в рыхлых известняковых породах. Чтобы установить направление движения воды в 1877 г. вблизи этой станции в Дунай высыпали 10 кг флуоресцеина. Через 60 часов один из выставленных постов обнаружил в маленькой речушке Аах в Хегау отчетливую флуоресценцию. Тем самым, было доказано, что вода Дуная большей частью просачивается в испещренный трещинами известняк, достигает удаленной за 15 км речки Аах и оттуда выходит в подземное озеро, примыкающее к Боденскому озеру.

Прекрасный, как заря

Близкий родственник флуоресцеина — краситель, получивший свое название от греческого слова «эос» (утренняя заря). Он образует темно-красные кристаллы, которые растворяются в воде с образованием яркой розовой окраски. Как только эозин был открыт, он сразу же стал одним из самых любимых красителей для тканей из шерсти, хлопка и шелка.

Эозин мы найдем и в губной помаде, и в составе краски для знаков опасности; кондитеры применяют его для окраски сладостей, биологи — для окрашивания микробов.

Для получения эозина нужно иметь несколько капель брома, поэтому опыт можно проводить только в химическом кружке. Бром — сильный яд! Пары его раздражают глаза и дыхательные пути, а брызги вызывают на коже болезненные ожоги. Поэтому опыты с бромом можно проводить только в резиновых перчатках и защитных очках ввытяжном шкафу или на открытом воздухе.

К остатку полученного нами ранее флуоресцеина в фарфоровой чашке добавим 1–2 капли брома и слегка нагреем. После охлаждения добавим несколько миллилитров раствора едкого натра. Когда появится красное окрашивание, одну каплю раствора красителя разбавим водой, чтобы можно было наблюдать флуоресценцию. Остальную часть красителя используем для цветных реакций.

Например, при анализе органических соединений для обнаружения брома в присутствии хлора можно воспользоваться эозиновой пробой. Приготовим флуоресцеиновую бумагу. Для этого пропитаем фильтровальную бумагу раствором флуоресцеина, высушим ее и разрежем на полоски величиной с полоски лакмусовой бумаги. На такую полоску нанесем малое количество исследуемого вещества и выдержим ее над отверстием бутылки с концентрированным водным раствором аммиака. В присутствии брома бумага на обработанном месте приобретает бледно-розовую окраску.

В заключение еще раз сравним формулы всех трех родственных красителей (Приведенные формулы соответствуют бесцветным формам красителей, способным, впрочем, легко превращаться в окрашенные. Подробнее см. Б.И. Степанов. Введение в химию и технологию органических красителей. М., «Химия», 1971. — Прим. перев.):

Мы видим, что все они имеют общую основу — трифенилметан:

Поэтому они входят в класс трифенилметановых красителей.

ХИМИЯ В БОРЬБЕ С БОЛЕЗНЯМИ

Современные лекарства все больше способствуют сохранению нашего здоровья и продлению жизни. Многие вызывавшие ранее ужас инфекционные заболевания теперь не так страшны благодаря наличию антибиотиков. Помимо них, в распоряжении врачей сегодня имеются тысячи других препаратов для лечения и для предотвращения заболеваний. В области фармацевтической химии и фармацевтической промышленности успешно осуществляется кооперация между странами социалистического содружества. Возникает взаимовыгодное разделение труда, и специализация каждой страны на определенных видах лекарств позволяет добиться большей эффективности производства. В самом деле, среди лекарств, которые выписывает нам врач, мы нередко обнаруживаем препараты, выпущенные в Польше, Чехословакии или Венгрии. Разумеется, фармацевтические предприятия в ГДР тоже вносят существенный вклад в изготовление новых ценных лекарственных средств, все шире обеспечивая ими социалистические страны и многие другие государства, в том числе развивающиеся страны Африки и Латинской Америки.

Крупнейший в ГДР завод лекарственных препаратов «Иенафарм» в г. Иена вырос на базе маленькой лаборатории предприятия «Иенауэр Гласверке Шотт». В свое время эта лаборатория получила задание как можно быстрее удовлетворить неотложную потребность в пенициллине и других важных лекарственных препаратах и в кратчайший срок добилась значительных успехов, что привело к ее расширению. Теперь завод «Иенафарм» располагает обширными и светлыми, удобными для работы новыми зданиями и выпускает почти 25 % всей продукции химико-фармацевтической промышленности ГДР.

Здесь трудятся для сохранения нашего здоровья 2500 человек, из них больше половины — женщины. Они выпускают продукцию только отличного качества.

Педантичнейшая аккуратность, соблюдение порядка и чистоты, тщательная проверка качества выпускаемых препаратов являются на таких предприятиях нерушимыми заповедями. В важнейших цехах, где изготавливают антибактериальные вакцины и сыворотки, должно быть полностью исключено проникновение в воздух болезнетворных микробов. Поэтому сюда можно войти только через бокс, в котором посетителя встречают синеватый свет и резкий запах озона. Одежда каждого, что входит в цех, обязательно подвергается стерилизации под действием ультрафиолетовых лучей.

Производство важнейших антибактериальных препаратов — антибиотиков, например пенициллина и стрептомицина, — осуществляется не синтетическим путем, хотя в наши дни для большинства подобных веществ такой путь в принципе возможен. К счастью, у химиков есть крошечные помощники, позволяющие им значительно удешевить производство антибиотиков. В огромных резервуарах, занимающих два этажа большого здания, в питательных растворах быстро растут плесневые грибки Penicillium. В своем нитевидном мицелии они образуют то чудесное вещество, которое уже миллионы раз спасало людям жизнь, — пенициллин. Родственников этих грибков мы легко сможем увидеть своими глазами, если надолго оставим кусок влажного хлеба в теплом месте. Плесневые грибки играют также немаловажную роль при изготовлении некоторых сортов сыра (рокфор и др.).

Почти столь же важен, как и пенициллин, другой антибиотик — стрептомицин, благодаря применению которого намного уменьшилась опасность воспаления легких, туберкулеза и других тяжелых заболеваний. Он образуется из лучистых грибков, часто растущих на лесной почве. Им отчасти обязан своим возникновением знакомый нам пряный аромат леса. На заводе эти грибки тоже культивируются в огромных объемах питательной среды.

Задачи химиков при производстве этих антибиотиков разнообразны и сложны — от подготовки питательных растворов до необычайно трудного отделения чистых антибиотиков от мицелия. Кроме того, выделенные вещества нужно еще точно дозировать и придать им устойчивость введением соответствующих добавок. Не случайно при изготовлении 1 кг стрептомицина расходуется не менее 500 т растворителей и различных химических реактивов.

Наряду с антибиотиками химико-фармацевтические заводы производят множество других лекарственных веществ, выпуская с каждым годом все новые и новые препараты. Быть может, наступит день, когда они вооружат нас эффективными препаратами против рака — злейшего врага человечества, который пока еще не побежден.

ПРОСТОЕ ДЕЗИНФИЦИРУЮЩЕЕ СРЕДСТВО

Большинство лекарств имеет короткие и благозвучные названия. Однако эти названия обычно ничего не говорят нам о химической природе содержащихся в них активных веществ. Если еще раз внимательно осмотреть коробочку с лекарством или прочитать вложенную в нее инструкцию, то иногда можно обнаружить написанное мелким шрифтом точное химическое название препарата. Среди этих названий часто встречаются настолько сложные и длинные, что нам едва ли удастся их расшифровать или хотя бы выговорить без запинки. Однако именно эти названия точно раскрывают специалисту строение активных веществ. Действительно, лекарственные вещества большей частью имеют очень сложное химическое строение, и их изготовление требует многочисленных трудоемких операций. При этом активная составная часть молекулы нередко имеет очень простое строение, но часто ее приходится присоединять к другим группам. Эти второстепенные группы, на первый взгляд вообще не нужные, так или иначе улучшают лекарственное действие активного фрагмента: например, они могут уменьшить нежелательный побочный эффект лекарства, улучшить его вкус, а главное — способствовать тому, чтобы активный компонент высвобождался только в тех органах тела, где он и должен действовать.

Изготовим лекарство

Чтобы получить представление о лекарственных веществах, синтезируем ангидрометиленлимоннокислый гексаметилентетрамин — препарат, применяемый в качестве антисептика для мочевыводящих путей. Для этого понадобятся 25 мл 35 %-ного формалина (Осторожно — яд!), то есть водного раствора метаналя (формальдегида). 10 мл 25 %-ного водного аммиака, 25 г тонко измельченной лимонной кислоты, 10 мл концентрированной соляной кислоты, 100 мл денатурата и 3 г активного угля.

Как показывает сложное название препарата, он образуется в результате соединения двух составных частей — гексаметилентетрамина и ангидрометиленлимонной кислоты. Поэтому вначале нам нужно получить оба эти промежуточных продукта.

В гексаметилентетрамине шесть метиленовых групп СН₂ связаны с четырьмя трехвалентными атомами азота таким образом, что возникает система колец, образующих тетраэдр.

Чтобы его получить, нальем 12,5 мл формалина в маленькую (около 100 мл) колбу Эрленмейера и тщательно охладим ее холодной водой. Постепенно, малыми порциями, добавим 15 мл аммиака. Затем закроем колбу пробкой и оставим ее на 2 часа в холодной воде. После этого прильем еще 2,5 мл аммиака, выдержим а течение 24 часов и выльем раствор в плоскую фарфоровую чашку. Тарелку поставим в теплом месте — поблизости от батареи центрального отопления или печи — и выдержим длительное время, чтобы жидкость, испарилась. Образующийся кристаллический осадок выскребем шпателем, поместим в чистую сухую колбу Эрленмейера и растворим приблизительно в 60 мл спирта при нагревании на водяной бане. К раствору добавим 1 г активного угля, слегка упарим его на водяной бане и оставим остывать. При этом кристаллизуется чистый гексаметилентетрамин.

Отфильтруем его и взвесим. Выход при тщательном выполнении опыта должен составлять около 80 %, то есть 5–6 г.

Ангидрометиленлимонная кислота

как подсказывает химику ее название, образуется из лимонной кислоты в результате присоединения к ней метиленовой группы и отщепления водорода. Чтобы осуществить такое превращение, мы должны подействовать на лимонную кислоту метаналем в присутствии соляной кислоты. Последняя ускоряет реакцию, то есть служит катализатором.

Поскольку реакция сопровождается выделением едких паров, проведем ее на открытом воздухе или в вытяжном шкафу. Поставим на водяную баню фарфоровую чашку диаметром 8-10 см и поместим в нее 25 г лимонной кислоты, 10 мл формалина (40 %-ного раствора метаналя) и 10 мл чистой концентрированной соляной кислоты. Теперь нагреем смесь при одновременном перемешивании контролируя температуру водяной бани термометром. Она должна составлять 80–85 °C и ни в коем случае не подниматься выше. Когда через полчаса или меньше на поверхности смеси образуется слой мелких кристалликов, продолжим нагревание еще 15 минут и поставим чашку в баню со льдом или снегом (а в крайнем случае — с холодной водой) для быстрого охлаждения. Образуется густая каша из кристаллов — ее нужно отфильтровать, лучше всего на воронке Бюхнера. Для очистки отжатый осадок, который представляет собой ангидрометиленлимонную кислоту, снимают с фильтра, взвешивают во влажном состоянии, а затем помещают в колбу Эрленмейера и растворяют не более чем в 1,5-кратном количестве горячей дистиллированной воды. К горячему раствору добавляют активный уголь и как можно быстрее фильтруют его через складчатый фильтр, причем воронку с фильтром предварительно подогревают. Фильтрат оставляют для кристаллизации при сильном охлаждении, лучше всего в бане со льдом. Через несколько часов выпадает ангидрометиленлимонная кислота большей частью в виде совершенно бесцветных кристаллов, которые надо отфильтровать обычным образом или лучше с отсасыванием и высушить на фильтровальной бумаге при умеренном нагревании. Выход при тщательном выполнении опыта составляет 10 г.

Получив оба промежуточных продукта, мы тем самым осуществили самую трудную часть синтеза. Теперь, чтобы получить само лекарство, осталось лишь смешать оба вещества, но обязательно в растворенном состоянии и при нагревании. В двух химических стаканах (на 100 и 250 мл соответственно) растворим 5 г ангидрометиленлимонной кислоты в 20 мл спирта и 3,5 г гексаметилентетрамина в 30 мл спирта. Для растворения оба стакана одновременно нагреем на водяной бане приблизительно до 80 °C. Затем горячий раствор ангидрометиленлимонной кислоты быстро выльем в большой стакан с раствором гексаметилентетрамина. При этом будем как можно энергичнее перемешивать смесь стеклянной палочкой. Лекарственный препарат выпадает полностью в виде белого осадка, который можно выделить фильтрованием.

Препарат почти не растворяется как в воде, так и в спирте и не имеет вкуса и запаха. При действии препарата увлажненная синяя лакмусовая бумажка краснеет, так как в лимонной кислоте остались еще свободные кислотные группы. В пробирку поместим пробу порошка — на кончике скальпеля, — добавим немного раствора едкого натра и слегка нагреем. По резкому запаху метаналя мы заметим, что препарат подвергается расщеплению. На этом и основано его применение. В мочевыводящих путях препарат отщепляет метаналь и в результате проявляет антисептические свойства. Кроме того, высвобождающаяся лимонная кислота очищает мочу. Разумеется, мы не станем принимать изготовленный нами препарат, так как из-за недостаточной чистоты использованных исходных веществ он вполне может содержать примеси (иногда даже ядовитые!).

Вспомним теперь то, что было сказано о строении лекарственных веществ в самом начале, перед описанием первого опыта. Активной составной частью нашего препарата является метаналь (формальдегид) — вещество очень простого строения. Однако, вследствие неприятного запаха и вкуса его нельзя принимать в качестве лекарства. Гексаметилентетрамин (уротропин), хотя он не имеет запаха и имеет сладковато-горький вкус, тоже не годится в качестве антисептика для мочевыводящих путей, так как при действии разбавленных кислот он легко отщепляет метаналь. (Давайте, докажем это опытным путем!) Принятый в качестве лекарства гексаметилентетрамин расщепляется уже в желудке соляной кислотой желудочного сока, а возникающий при этом метаналь присоединяется к содержащимся в желудке белкам и в результате преждевременно теряет свою активность. Поэтому гексаметилентетрамин путем соединения с ангидрометиленлимонной кислотой переводят в нерастворимую форму, которая разлагается лишь непосредственно в мочевых путях. Сам гексаметилентетрамин, а также его другие, растворимые в воде производные, часто употребляются как наружное средство для дезинфекции, а также против повышенной потливости.

ВОКРУГ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

Каждый из нас простужался. Если температура поднималась, врач нередко прописывал таблетки ацетилсалициловой кислоты (аспирина). Вскоре после приема таких таблеток, имеющих сладковатый, вяжущий вкус, температура тела заметно снижалась и резко усиливалось выделение пота.

Это один из важнейших лекарственных препаратов, который отлично помогал еще нашим бабушкам и дедушкам. Недаром его аптечное название — аспирин — всем известно. Ацетилсалициловая кислота, принадлежащая к числу старейших синтетических лекарственных веществ, по объему производства до сих пор занимает первое место среди лекарств. По своей химической природе она является производным салициловой кислоты, с которой стоит познакомиться ближе.

Салициловой кислоте соответствует следующая формула:

В соседних положениях бензольного кольца у нее находятся группа ОН, как у фенола, и группа СООН — как у бензойной кислоты. Салициловая кислота широко распространена в природе. Ее производные — большей частью такие, в которых она связана с остатком глюкозы, — содержатся, например, в листьях ивы, от латинского названия которой — Salix — происходит название салициловой кислоты, а также в эфирных маслах из различных растений, обитающих за пределами ГДР.

Первоначально салициловую кислоту получали из вытяжек листьев ивы или из масла американского барвинка, но еще в 1873 г. немецкий химик Кольбе открыл простой способ ее синтеза, который до сих пор в крупных масштабах используется в промышленности. По этому методу салициловую кислоту получают из фенола, натриевую соль которого обрабатывают диоксидом углерода. Сначала количество салициловой кислоты, полученной таким образом, измерялось килограммами. Однако вскоре, когда ее стали применять для консервирования, а также в медицине (вместе с некоторыми ее производными) в качестве жаропонижающих и противоревматических средств, спрос резко увеличился. Уже в 1878 г. произведено 25 000 кг салициловой кислоты и во всем мире тогда едва ли существовала хотя бы одна крупная аптека, в которой не было бы выпущенной в Германии салициловой кислоты. Таким образом, салициловая кислота стала родоначальницей первой группы синтетических лекарственных препаратов и с ее производства началось вообще развитие фармацевтической промышленности.

Опыты с салициловой кислотой

Для следующих опытов используем купленную в аптеке салициловую кислоту — кристаллический порошок, трудно растворимый в холодной воде и легко растворяющийся в горячей, а также в спирте и ацетоне. При осторожном нагревании в пробирке салициловая кислота возгоняется, а при сильном нагревании расщепляется с образованием фенола и диоксида углерода.

Салициловая кислота и многие ее производные дают с солями трехвалентного железа интенсивное фиолетовое окрашивание. Растворим немного салициловой кислоты в воде и добавим несколько капель сильно разбавленного раствора хлорида железа (III). Окраска устойчива при хранении или нагревании раствора. Однако такую окраску с хлоридом железа могут давать и другие органические соединения. Например, растворим в воде кристаллик фенола (С фенолом нужно работать в резиновых перчатках, так как он вызывает на коже ожоги. — Прим. перев.) (Осторожно! Яд!) и смешаем этот раствор с хлоридом железа. При этом тоже появится фиолетовое окрашивание. В двух других пробирочных опытах растворим фенол и салициловую кислоту не в воде, а в спирте. Теперь окраску с хлоридом железа даст только салициловая кислота.

Возьмем навеску 0,5 г салициловой кислоты, внесем ее в химический стакан и при слабом нагревании растворим в 250 мл воды. Отберем пипеткой 1 мл раствора и разбавим его в пробирке 9 мл воды. Затем из этой пробирки снова отберем 1 мл и опять в другой пробирке разбавим раствор в 10 раз. В третьей и четвертой пробирке снова разбавим раствор таким же образом. Теперь в каждую из 4 пробирок добавим несколько капель раствора хлорида железа и посмотрим, до какого разбавления можно еще обнаружить фиолетовую окраску.

Салициловая кислота вступает и в некоторые другие реакции, которые могут служить для ее обнаружения и в то же время дают нам наглядное представление о ее химических свойствах.

Нальем в пробирку 3 мл концентрированной серной кислоты и осторожно добавим 3 капли формалина, то есть раствора метаналя. Полученный раствор называется реактивом Коберта. Если ничтожно малое количество салициловой кислоты поместить на часовое стекло, добавить 2 капли серной кислоты и через несколько минут смешать с одной каплей реактива, то вскоре появится розовое окрашивание (иногда для этого необходимо слабое нагревание).

К малому количеству приготовленного ранее раствора салициловой кислоты добавим несколько капель раствора сульфата меди и нагреем. Мы увидим яркое изумрудно-зеленое окрашивание.

В пробирку поместим взятый на кончике скальпеля бихромат калия (яд) и несколько миллилитров разбавленной (приблизительно 10 %-ной) серной кислоты. После добавления салициловой кислоты (тоже на кончике скальпеля) слегка нагреем пробирку. Если осторожно понюхать смесь, то по резкому запаху можно обнаружить образование метановой (муравьиной) кислоты.

Салициловая кислота очень легко реагирует с окислителями. При действии разбавленного раствора хромовой кислоты она образует метановую кислоту и диоксид углерода. Еще энергичнее действует перманганат калия, который почти количественно окисляет салициловую кислоту до диоксида углерода («сжигание» в растворе).

Подобно жирным кислотам салициловая кислота может давать со спиртами сложные эфиры с отщеплением воды. Эти эфиры отчасти встречаются в природе, и некоторые из них применяются в парфюмерии в качестве веществ, обладающих приятным ароматом. Нагреем в пробирке 1 г салициловой кислоты с 1,5 мл метанола (Осторожно! Яд!) и несколькими каплями концентрированной серной кислоты. Вскоре мы обнаружим приятный запах метилсалицилата (метилового эфира салициловой кислоты), который содержится в уже упомянутом масле барвинка. Ранее его выделяли из этого масла, а сейчас производят почти исключительно синтетическим путем. Он является важным душистым веществом и, кроме того, в смеси оливковым маслом используется в медицине в качестве средства для втирания при ревматизме.

С фенолом салициловая кислота тоже образует сложный эфир, который под названием «салол» выпускается фармацевтической промышленностью и применяется, например, при суставном ревматизме, при невралгиях и в качестве слабого антисептика. Он образуется, в частности, при быстром нагревании неочищенной салициловой кислоты и получается в промышленности путем сплавления салициловой кислоты с фенолом в присутствии водоотнимающего средства.

Упомянутый ранее главный компонент жаропонижающих таблеток и выпускаемых в ГДР таблеток от зубной боли — ацетилсалициловая кислота — тоже относится к классу сложных эфиров. Однако в данном случае салициловая кислота образует эфир за счет другой своей группы — гидроксида ОН, который этерифицируется (Этерификацией называют получение эфиров из кислот и спиртов. — Прим. перев.) уксусной кислотой.

Поскольку получить это вещество в наших условиях трудно, проведем с ним лишь некоторые простые реакции. Таблетку ацетилсалициловой кислоты растворим при слабом нагревании и перемешивании в 200 мл воды. Проверим реакцию раствора с помощью индикаторной бумаги. Поскольку в веществе содержится незатронутая карбоксильная группа салициловой кислоты СООН, среда оказывается кислой.

Выясним, способна ли ацетилсалициловая кислота вступать в описанные выше для салициловой кислоты реакции с хлоридом железа или сульфатом меди. С реактивом Коберта кусочек таблетки дает такую же реакцию, как и салициловая кислота. (Заметим, что такую же реакцию дает и салол.) Теперь мы можем устроить ревизию в домашней аптечке и исследовать самые разнообразные лекарства — жаропонижающие, от головной боли, от ревматизма и другие — на содержание салициловой кислоты или ее эфиров. При этом мы не раз обнаружим положительную реакцию и еще раз убедимся в том, что салициловая кислота все еще играет выдающуюся роль в современной терапии.

Салициловая и бензойная кислоты уже в незначительной концентрации препятствуют росту дрожжевых и плесневых грибков, а также некоторых бактерий. Поэтому они в больших количествах применяются для консервирования продуктов питания. Преимуществом этих обоих веществ является их низкая токсичность и то, что они сами почти не имеют вкуса. Обычно для предотвращения спиртового брожения или роста плесневых грибков достаточно добавить лишь 0,1 % одной из этих кислот. Это мы легко можем проверить, поместив на часовые стекла кусочки хлеба, фруктов или других продуктов и смочив их сильно разбавленным раствором салициловой кислоты. Для контроля рекомендуется некоторые из проб увлажнить только водой. Если пробы выдержать в теплом месте при наличии влаги, то уже через несколько дней мы заметим быстрый рост плесневых грибков в контрольных опытах — там, где не была добавлена салициловая кислота. Между тем, продукты, обработанные салициловой кислотой, совсем не испортятся. А вот к бродящему фруктовому соку, из которого дома готовят наливку, добавлять салициловую кислоту не стоит, потому что брожение с образованием спирта тоже прекратится. Это используется в пищевой промышленности для предохранения виноградного и других фруктовых соков от брожения.

ДУШИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА, КОСМЕТИКА И МОЮЩИЕ СРЕДСТВА

«И она остановилась около торговца благовониями и взяла у него десять разных вод: розовую воду, смешанную с мускусом, апельсиновую воду, воду из белых кувшинок, из цветков вербы и фиалок и еще пять других. И она купила еще головку сахара, склянку для опрыскивания, мешок ладана, серую амбру, мускус и восковые свечи из Александрии, и все это положила в корзину и сказала: «Возьми корзину и иди за мной…»

Это отрывок из истории носильщика и трех женщин из Багдада, одной из прекраснейших сказок «Тысячи и одной ночи». Чудесная цветочная вода, благоухающие душистые вещества, так же как драгоценные камни и изысканные кушанья, в странах Востока когда-то были признаком богатства. Много веков назад арабы уже знали различные способы получения душистых веществ из растений и выделений животных. В парфюмерных лавках восточных базаров многочисленные торговцы предлагали богатейший выбор изысканных душистых веществ. Они даже обеспечивали каждого из своих постоянных покупателей смесью душистых веществ, приготовленной специально для них, с учетом их индивидуальных особенностей.

В средневековой Европе духи не употребляли. После античных времен они снова появились только в эпоху Возрождения. Но уже при дворе Людовика XIV дамы расходовали их в изобилии, чтобы заглушить неприятный запах, исходящий от тела. Мыться было не принято.

Мы всегда радуемся приятным ароматам. Однако вкусы изменились — одурманивающие благовония Востока и резкий, навязчивый аромат духов эпохи Возрождения уступили свое место тонким фантазийным (то есть созданным фантазией парфюмеров) ароматам. И еще кое-что изменилось. Великолепные, прекраснейшие духи сегодня доступны всем женщинам. Если раньше приходилось на огромных полях возделывать розы, собирать их цветы и перерабатывать, чтобы получить всего лишь несколько килограммов розового масла, то сегодня химические заводы дают замечательные душистые вещества несравненно дешевле, в гораздо больших количествах и к тому же нередко с совершенно новыми оттенками запахов.

Подобно душистым веществам моющие средства тоже стали доступны всем только благодаря химии. В древнем Риме в качестве самого распространенного моющего средства ценилась протухшая моча (Для мытья тела римляне применяли отруби, соки некоторых растений и глину. Для стирки тканей и шерсти они использовали также ураты — соли, получаемые из простоявшей долгое время мочи, которая в те времена специально собиралась и была предметом торговли и обмена. — Прим. перев.). Туалетное мыло в течение нескольких столетий было предметом роскоши. Большинство населения вынуждено было довольствоваться жидким зеленым мылом, получаемым из жира убитых животных и конопляного масла. Быстродействующие моющие вещества, туалетные мыла, жидкости для удаления пятен и многие другие средства, без которых мы сегодня не можем обойтись на каждом шагу, были впервые созданы химиками в исследовательских лабораториях. Эти средства необычайно облегчают наш домашний труд.

БЛАГОУХАЮЩАЯ РЕТОРТА

Пока речь шла о красителях и лекарствах, мы вынуждены были несколько ограничить число опытов. К сожалению, многие из них нельзя синтезировать с нашим простым оборудованием и набором реактивов. Зато теперь мы сможем пустить в ход весь свой арсенал и словно по мановению волшебной палочки извлечь из своих стаканов, колб и реторт богатый набор душистых веществ. Начнем с получения природных душистых веществ из растений.

Душистые вещества содержатся в растениях обычно в виде маленьких капелек в особых клетках. Они встречаются не только в цветах, но и в листьях, в кожуре плодов и иногда даже древесине. Содержание эфирных масел в тех частях растений, которые используются для их получения, колеблется от 0,1 % до 10 %. То, что их называют маслами, не должно вводить нас в заблуждение. Эфирные масла не имеют ничего общего с обычными растительными маслами: льняным, подсолнечным, кукурузным, то есть с жидкими жирами. Они представляют собой более или менее сложные смеси душистых органических веществ самых различных типов. Среди них особенно часто встречаются сложные эфиры, альдегиды и спирты насыщенного, ненасыщенного и ароматического рядов. Очень важными компонентами эфирных масел являются терпены и их производные. Рассмотрим формулы некоторых представителей этого класса соединений:

Терпинен — циклический углеводород. Он встречается в незначительных количествах во многих эфирных маслах. Лимонен — важный компонент масла из лимонной корки. Пинен — главная составная часть живичного скипидара. Он служит исходным соединением для получения синтетических душистых веществ.

Эфирные масла обычно очень трудно растворяются в воде, но легко растворяются в спирте. Поэтому спирт в больших количествах применяется в парфюмерной промышленности в качестве растворителя. Эфирные масла можно получить, например, экстрагируя их из частей растений спиртом или другими растворителями. Самые ценные душистые вещества цветов получают, размещая в закрытой камере на проволочной сетке попеременно слои твердого животного жира и частей растения. Через некоторое время цветы заменяют новыми, чтобы жир насытился эфирным маслом. При таком способе (во Франции его называют «анфлераж») получают жир, содержащий растворенные в нем эфирные масла и этот концентрат душистых веществ доставляют на парфюмерные фабрики (Затем эфирные масла извлекают из жира спиртом. Этот способ применяется, например, для извлечения эфирных масел из жасмина и туберозы. — Прим. перев.). Мы применим третий, особенно важный способ выделения эфирных масел — перегонку с водяным паром. Сами по себе эфирные масла часто летучи только при повышенных температурах, и их кипение сопровождается разложением. Если же через массу, состоящую из растений или их частей, пропустить водяной пар, то масла удаляются вместе с ним и затем собираются в дистилляте в виде капелек, которые имеют низкую плотность и поэтому плавают на поверхности воды.

Получим эфирные масла

Колбу на 0,5 л закроем резиновой пробкой с двумя отверстиями. В одно из них вставим оттянутую на конце стеклянную трубку, которая доходит почти до дна колбы. Эта трубка служит предохранительным клапаном. Она должна быть достаточно длинной (около 1 м). Через другое отверстие введем короткое колено изогнутой трубки с внутренним диаметром не менее 5 мм (Лучше всего взять трубку с внутренним диаметром 8-10 мм. Расстояние между колбами должно быть как можно короче, однако целесообразно разъединить трубку между колбами, вставив в середину ее стеклянный тройник и соединив его с обеими частями трубки короткими кусками резинового шланга. К свободному концу тройника присоединяют кусочек резинового шланга с укрепленным на нем зажимом. Это позволяет во время опыта быстро разъединить или соединить обе колбы. При наличии металлического паровика можно заменить им первую колбу. — Прим. перев.). Более длинное колено той же трубки вставим через отверстие в пробке во вторую колбу, так чтобы трубка тоже доходила там почти до дна. Кроме того, с помощью стеклянной трубки соединим вторую колбу с прямым холодильником (Либиха или с наружным свинцовым змеевиком). В качестве приемника лучше всего взять делительную или капельную воронку.

Вначале получим тминное масло. Для этого нам понадобится 20 г тмина (Тмин можно собрать или купить в аптеке. — Прим. перев.). Измельчим его в ступке с добавлением песка или в старой кофемолке. Поместим тмин во вторую колбу и прильем немного воды — так, чтобы она не перекрывала полностью массу тмина. Первую же колбу заполним на одну треть водой и, чтобы кипение было равномерным, добавим к воде несколько кусочков пористой керамики («кипелки»). Теперь бунзеновской горелкой нагреем до кипения сначала содержимое первой, а затем и второй колбы. После этого снова переставим горелку под первую колбу и будем нагревать ее как можно сильнее, чтобы через вторую колбу интенсивно проходил водяной пар, поступающий далее в холодильник и из него в виде конденсата в приемник. Если найдется две горелки, то можно одновременно слегка нагревать и вторую колбу, чтобы объем жидкости в ней не слишком увеличивался в результате конденсации пара. Удобно использовать для нагревания второй колбы песочную баню, разогрев ее заранее, до начала пропускания водяного пара (Лучше всего нагревать вторую колбу так, чтобы объем жидкости в ней не претерпевал ни заметного увеличения, ни уменьшения. — Прим. перев.).

Проведем перегонку в течение не менее часа. За это время в приемнике собирается около 100 мл воды, на поверхности которой плавают бесцветные капли тминного масла. Воду по возможности полнее отделим с помощью делительной воронки и в результате получим около 10 капель чистого тминного масла вместе с незначительным количеством воды. Такого количества хватило бы для приготовления нескольких бутылок тминного ликера!

Характерный запах тминному маслу придает карвон, которого в нем содержится больше 50 %. Кроме того, в его состав входит лимонен — душистое вещество лимонов. Тминное масло используется, в первую очередь, для отдушивания мыл и зубных эликсиров. Оно добавляется также в малых количествах к некоторым духам.

С помощью того же прибора можно выделить эфирные масла из других растений. Для этого измельчим их и подвергнем перегонке с водяным паром в течение 1–2 часов. Разумеется, выход будет различным в зависимости от содержания эфирного масла. Интереснее всего получение следующих эфирных масел:

Масло перечной мяты. Из 50 г высушенной перечной мяты мы можем выделить 5—10 капель мятного масла. Оно содержит, в частности, ментол, который придает ему характерный запах. Мятное масло используется в большом количестве для изготовления одеколона, туалетных вод для волос, зубных паст и эликсиров. В настоящее время ментол, большей частью, получают путем синтеза.

Анисовое масло получим из измельченного аниса. В смеси с маслом перечной мяты и эвкалиптовым маслом оно входит в состав зубных эликсиров и паст, а также некоторых мыл.

Гвоздичное масло получим перегонкой с водяным паром гвоздики, которая продается в качестве пряности. Важной составной частью его является эвгенол. (Эвгенол можно получить из синтетического ванилина.) Гвоздичное масло служит добавкой ко многим духам и, кроме того, применяется при изготовлении зубных эликсиров и мыл.

Лавандовое масло мы получим из 50 г высушенных и измельченных цветков лаванды. Это одно из важнейших душистых веществ, которое, помимо его использования для изготовления лавандовой воды и одеколона, применяется в производстве духов, мыл, туалетных вод для волос, пудры, кремов и т. д.

Еловое масло. Соберем не менее 100–200 г иголок и молодых побегов ели. Измельчим их и, пока они еще влажные, без предварительного добавления воды перегоним с водяным паром. Обычно в иголках содержится лишь несколько десятых долей процента этого эфирного масла. Оно порадует нас приятным ароматом в комнате. Кроме того, еловое масло является излюбленным средством, придающим аромат различным препаратам для ванн. Предоставим читателю самому получить из растений и другие душистые вещества. Например, можно перегнать с водяным паром сосну, корицу, цветы ромашки или другие душистые садовые цветы. Полученные продукты сохраним в надежно закрытых пробирках — позднее они понадобятся нам в качестве душистых веществ для изготовления косметических средств. К сожалению, нам придется отказаться от получения душистых веществ, содержащихся в духах с тонким, нежным запахом — бергамотового масла, а также масел из цветков жасмина и померанцевых цветов, — так как у нас нет необходимых для этого исходных веществ. Однако эфирное масло с очень тонким ароматом получается также из цветков ландыша. Если их удастся собрать достаточно много, то, конечно, стоит выделить из них эфирное масло.

ДУШИСТЫЕ ЭФИРЫ

Многие известные душистые вещества относятся к классу сложных эфиров. Последние широко распространены в природе и дают самые разнообразные оттенки запахов, от запаха тропических орхидей до характерного аромата хорошо знакомых нам фруктов. Эти соединения мы можем синтезировать.

Сложные эфиры образуются при взаимодействии спиртов с карболовыми кислотами. При этом отщепляется вода

R — ОН + НООС — R¹ <=> R-OOC- R¹ + Н₂O

спирт + кислота <=> сложный эфир + вода

Реакция достаточно быстро идет только в присутствии водоотнимающих средств и катализаторов. Поэтому смесь спирта и карбоновой кислоты длительно кипятят в присутствии серной кислоты, которая действует как водоотнимающее средство, а также катализирует реакцию. Кроме того, часто реакционную смесь насыщают газообразным хлористым водородом. Мы можем проще получить тот же результат, добавляя поваренную соль, образующую с серной кислотой хлористый водород. Сложные эфиры получают также в присутствии концентрированной соляной кислоты или безводного хлорида цинка, однако с меньшим выходом. Мы применим эти добавки в тех случаях, когда исходные органические вещества разлагаются концентрированной серной кислотой, что можно обнаружить по потемнению реакционной смеси и неприятному едкому запаху.

Получим сложные эфиры

Чтобы получить сложные эфиры в малых количествах, используем простой прибор. В широкую пробирку вставим узкую пробирку таким образом, чтобы одна треть широкой пробирки в ее нижней части оставалась незаполненной. Проще всего можно укрепить узкую пробирку с помощью нескольких кусочков резины, вырезанной из шланга или пробки. При этом необходимо учесть, что вокруг узкой пробирки обязательно нужно оставить зазор величиной не менее 1,5–2 мм, чтобы исключить избыточное давление при нагревании.

Теперь нальем в широкую пробирку 0,5–2 мл спирта и приблизительно столько же карбоновой кислоты, при тщательном охлаждении (в ледяной воде или холодной проточной воде) добавим 5— 10 капель концентрированной серной кислоты и в некоторых случаях еще несколько крупинок поваренной соли. Вставим внутреннюю пробирку, заполним ее холодной водой или еще лучше кусочками льда и укрепим собранный прибор в обычном штативе или в штативе для пробирок. Прибор нужно поставить подальше от себя и не наклоняться над отверстием пробирки (как и при проведении любого другого опыта!), потому что при неосторожном нагревании возможно разбрызгивание кислоты. Затем на самом малом огне горелки Бунзена будем кипятить смесь по крайней мере 15 минут (добавить «кипелки»!). Чем дольше нагревание, тем лучше выход. Внутренняя пробирка, заполненная водой, служит обратным холодильником. Если ее содержимое слишком разогревается, то нужно приостановить опыт, после остывания снова заполнить внутреннюю пробирку льдом и продолжать нагревание (Удобнее непрерывно пропускать через внутреннюю пробирку холодную проточную воду. Для этого нужно подобрать к ней пробку с двумя вставленными в нее стеклянными трубками. — Прим. перев.). Уже до завершения опыта мы часто можем почувствовать приятный запах полученного сложного эфира, на который все же накладывается едкий запах хлористого водорода (поэтому не нужно нюхать реакционную смесь, приближая к себе отверстие пробирки!). После охлаждения реакционную смесь нейтрализуем разбавленным раствором соды. Теперь мы можем обнаружить запах чистого эфира, а также заметить множество маленьких маслянистых капелек сложного эфира, которые плавают на поверхности водного раствора, в то время как непрореагировавшие исходные вещества большей частью содержатся в растворе или образуют кристаллический осадок. По приведенной прописи получим следующие эфиры:

Этилметанат (этилформиат, муравьиноэтиловый эфир), образующийся из этанола (этилового спирта) и метановой (муравьиной) кислоты. Этот эфир добавляют к некоторым сортам рома, чтобы придать ему характерный аромат.

Бутилэтанат (бутилацетат, уксуснобутиловый эфир) — из бутанола (бутилового спирта) и этановой (уксусной кислоты).

Изобутилэтанат (изобутилацетат, уксусноизобутиловый эфир) образуется соответственно из 2-метилпропанола-1 (изобутилового спирта) и этановой кислоты. Оба последних эфира имеют сильный фруктовый запах и являются составной частью парфюмерных композиций с ароматом лаванды, гиацинтов и роз.

Пентилэтанат (амилацетат, уксусноамиловый эфир) — из пентанола, то есть амилового спирта (Яд!), и этановой кислоты.

Изопентилэтанат (изоамилацетат, уксусноизоамиловый эфир) — из 3-метилбутанола-1, то есть изоамилового спирта (Яд!), и этановой кислоты. Эти два эфира в разбавленном растворе имеют запах груш. Они входят в состав фантазийных духов и служат растворителями в лаках для ногтей.

Метилбутанат (метнлбутират, маслянометиловый эфир) — из метанола (метилового спирта) и бутановой (масляной) кислоты. Запах его напоминает ранет.

Этилбутанат (этилбутират; масляноэтиловый эфир) — из этилового спирта и бутановой кислоты. Он имеет характерный запах ананасов.

Пентилбутанат (амилбутират, масляноамиловый эфир) — из пентанола (амилового спирта) и бутановой кислоты (спирт ядовит!).

Изопентилбутанат(изоамилбутират, масляноизоамиловый эфир) — из 3-метилбутанола-1 (изоамилового спирта) и бутановой кислоты (спирт ядовит!). Два последних эфира имеют запах груш.

Среди эфиров ароматических кислот тоже есть вещества с приятным ароматом. В отличие от фруктового запаха сложных эфиров алифатического ряда у них преобладают бальзамические, так называемые животные запахи или запахи экзотических цветов. Некоторые из этих важных душистых веществ мы синтезируем.

Метил- и этилбензоат получим из метилового или соответственно этилового спирта и бензойной кислоты. Проведем опыт по приведенной выше прописи и возьмем в качестве исходных веществ спирт и около 1 г кристаллической бензойной кислоты. Эти эфиры напоминают по запаху бальзамы и входят в состав парфюмерных композиций с запахами свежего сена, русской кожи (юфти), гвоздики, иланг-иланга и туберозы.

Пентилбензоат (амилбензоат, бензойноамиловый эфир) и изопентилбензоат (изоамилбензоат, бензойноизоамиловый эфир) пахнут клевером и амброй — своеобразным выделением из пищеварительного тракта кита. Их используют для духов с восточным колоритом. Для получения этих веществ этерифицируем бензойную кислоту амиловым или изоамиловым спиртом (Яд!) в присутствии концентрированной соляной кислоты, потому что в присутствии серной кислоты возможны побочные реакции.

Этилсалицилат напоминает по запаху масло зеленого барвинка, с которым мы уже познакомились раньше. Однако у него менее резкий запах. Он применяется для изготовления духов с ароматом кассии и духов типа «Шипр». Этот эфир мы получим из этилового спирта и салициловой кислоты при нагревании с поваренной солью и серной кислотой.

Пентилсалицилат (амилсалицилат) и изопентилсалицилат (изоамилсалицилат) имеют сильный запах орхидей. Они часто применяются для создания аромата клевера, орхидей, камелий и гвоздики, а также фантазийных ароматов, особенно при отдушивании мыла. В этих двух случаях мы тоже проведем этерификацию в присутствии соляной кислоты.

Заслуживают также внимания бензилметанат (бензилформиат), бензилэтанат (бензилацетат) и бензилбутанат (бензилбутират). Все эти эфиры образуются из ароматического бензинового спирта и соответствующих карбоновых кислот — метановой (муравьиной), этановой (уксусной) или бутановой (масляной). Так как бензиловый спирт трудно найти в продаже, мы получим его сами из продажного бензальдегида, применяемого в парфюмерии для создания аромата горького миндаля. На водяной бане при непрерывном перемешивании 30 минут будем греть 10 г бензальдегида с концентрированным раствором едкого кали.

(Осторожно, щелочь вызывает на коже ожоги!) В результате реакции образуются бензиловый спирт и калиевая соль бензойной кислоты:

КОН

2С₆Н₅-СНО — > С₆Н₅СООК + С₆Н₅-СН₂-ОН

бензальдегид — > бензоат калия + бензиловый спирт

После охлаждения добавим 30 мл воды. При этом бензоат калия растворяется, а бензиловый спирт выделяется в виде масла, образующего верхний слой. Отделим его в делительной воронке и нагреем в нашем простом приборе для этерификации с указанными выше карбоновыми кислотами при добавлении серной кислоты и поваренной соли. Полученные сложные эфиры обладают сильным запахом жасмина и используются при изготовлении многих духов.

Препаративное получение сложного эфира

Один из сложных эфиров получим в достаточно чистом состоянии и в большем количестве. Выберем для этого метилсалицилат — душистое вещество, придающее аромат маслу барвинка. Для этого нам понадобятся круглодонная колба на 50 — 100 мл, холодильник или заменяющее его самодельное приспособление для охлаждения, делительная воронка в качестве приемника, изогнутая стеклянная трубка, горелка и штатив с принадлежностями, а также водяная баня.

В круглодонную колбу поместим 10 г салициловой кислоты и 15 мл метанола. (Осторожно! Яд!). Охладим смесь холодной водой и осторожно, малыми порциями, прильем 5 мл концентрированной серной кислоты. Закроем колбу резиновой пробкой со вставленным в нее обратным холодильником. Затем содержимое колбы будем греть на кипящей водяной бане в течение 2 часов. Дадим реакционной смеси остыть и выльем ее в чашку, содержащую 100 мл холодной воды, лучше всего с кусочками льда. Размешаем, выльем смесь в делительную воронку и несколько раз энергично встряхнем. При этом из смеси выделяется метилсалицилат, который можно собрать. Все же полученный таким образом продукт — от 5 до 10 г — еще содержит примеси. Его можно очистить фракционированной перегонкой.

По приведенной методике можно самостоятельно синтезировать в несколько большем количестве и другие эфиры, однако у нас нет необходимости в этом, так как их запах особенно приятен именно при сильном разбавлении. Напротив, в концентрированном состоянии они часто имеют неприятный едкий запах. Мы можем убедиться в этом, ополаскивая несколько раз водой пробирки, в которых были получены или хранились сложные эфиры. После промывания они все еще пахнут, и запах даже становится еще приятнее.

Впрочем, самостоятельно синтезированные душистые вещества, конечно, нельзя использовать для приготовления фруктовых эссенций — ведь они могут быть загрязнены примесями. Да и приготовленные нами духи, увы, будут уступать по качеству фабричным, которые обычно представляют собой весьма сложные композиции,

Душистые алканали из мыла

Среди современных синтетических душистых веществ особое место занимают высшие алканали (альдегиды) и алканолы (спирты), содержащие от 7 до 20 атомов углерода. Они имеют характерный свежий запах, обычно слегка напоминающий запах воска. Это позволило создать на их основе множество новых композиций, обладающих своеобразными фантазийными запахами. Всемирно известные духи — например, французские «Суар де Пари» и «Шанель № 5» — своим ароматом обязаны именно этим соединениям. Подобные парфюмерные изделия производятся и в ГДР.

Высшие алканали и алканолы являются важными промежуточными продуктами и получаются путем синтеза из жирных кислот при действии на них водорода под высоким давлением. Алканали образуются также в загрязненном состоянии при совместной сухой перегонке солей жирных кислот с солью метановой (муравьиной) кислоты. Аналогичным образом мы уже получали ацетон из серого древесноуксусного порошка.

Нагреем несколько граммов мелко нарезанного ядрового мыла или еще лучше продажных мыльных хлопьев с приблизительно равным количеством метаната (формиата) натрия в большой пробирке или маленькой колбочке. Выделяющиеся пары пропустим через прямой холодильник и будем собирать конденсат в приемнике. При осторожном нагревании мы получим светлый мутный дистиллят, имеющий приятный свежий запах с оттенком запаха воска. В нем наряду с водой и другими веществами содержится несколько высших алканалей. Если же нагревать реакционную массу слишком сильно, образуются продукты разложения, имеющие, напротив, неприятный запах.

Фруктовая эссенция и изовалериановая кислота из изоамилового спирта

Нальем в пробирку 3 мл З-метилбутанола-1, называемого также изоамиловым спиртом. (Осторожно! Яд!) Тщательно охладим содержимое пробирки ледяной водой или по крайней мере очень холодной водой. Затем осторожно, малыми порциями, добавим 5 мл концентрированной серной кислоты. При этом смесь приобретает красноватый оттенок. Если же она почернеет, то опыт не удастся.

Одновременно снова соберем прибор, который мы уже использовали для получения метилсалицилата. Нальем в колбу раствор 10–12 г бихромата калия в 15 мл воды. Осторожно, малыми порциями (на расстоянии от себя!), будем добавлять к нему смесь из пробирки. При этом начнется бурная реакция, и одновременно мы обнаружим вначале слабый запах, напоминающий бананы, а позднее — интенсивный фруктовый запах. Будем около часа греть колбу на кипящей водяной бане. При этом жидкость станет темно-зеленой. После охлаждения, открыв колбу, мы почувствуем наводящий уныние запах валерьянки.

Если теперь добавить около 25 мл воды и провести перегонку с прямым холодильником, то мы получим дистиллят, состоящий из нескольких слоев. В водном слое растворена 3-метилбутановая, или изовалериановая кислота (доказать кислую реакцию!). Над водным слоем обычно находится слой более легкого масла. Это изопентилизопентанат (изоамилизовалерат) — изоамиловый эфир изовалериановой кислоты.

Хромовая смесь — смесь бихромата калия и серной кислоты — является сильным окислителем. При ее действии из изоамилового спирта образуется вначале изовалериановый альдегид и далее из него изовалериановая кислота. Сложный эфир получается в результате реакции возникающей кислоты с еще непрореагировавшим спиртом. Изовалериановая кислота является главной составной частью настойки из корней валерьяны и отсюда получила свое название. Упомянутые альдегид и сложный эфир находят применение в парфюмерии и при изготовлении фруктовых эссенций.

Аромат сирени из… скипидара!

Бродя по лесу, мы не раз видели на стволах сосен надрезы, напоминающие рыбий хребет. Мы знаем, что так добывают живицу. Она вытекает из пораненных мест и накапливается в маленьких горшках, укрепленных на стволах деревьев. Живица служит важным сырьем для химической промышленности. При перегонке с водяным паром она разделяется на дистиллят — живичный скипидар и остаток после его отгонки — канифоль, используемую, в частности, при пайке, в качестве добавки при изготовлении бумаги, в производстве лаков, сургуча, кремов для обуви и для многих других целей. А скипидар часто применяют для разбавления олифы. Его главной составной частью является пинен, содержащийся также во многих других эфирных маслах. Из душистых веществ семейства терпенов пинен имеет далеко не самый приятный запах. Однако в искусных руках химиков он способен превращаться в великолепные душистые вещества с цветочным ароматом, которые в природе содержатся лишь в очень малых количествах в дорогостоящих эфирных маслах, добываемых из редких цветов. Кроме того, из пинена в больших количествах получают камфору, применяемую в медицине для изготовления мазей, а также — как мы уже знаем — в производстве целлулоида. Попробуем самостоятельно получить одно из важнейших душистых веществ — спирт терпинеол, имеющий запах сирени.

В колбу Эрленмейера вместимостью 100 мл нальем 15 мл чистого, обязательно живичного скипидара и 30 мл азотной кислоты, предварительно вдвое разбавленной водой. Колбу закроем пробкой с вертикальной стеклянной трубкой длиной 20 см и поставим в баню с холодной водой. Опыт проведем в вытяжном шкафу либо на открытом воздухе, так как могут выделяться ядовитые нитрозные газы. Поэтому колба обязательно должна оставаться открытой! Выдержим смесь два дня, как можно чаще энергично встряхивая ее. Как только появятся газы коричневатого цвета и содержимое колбы разогреется, встряхивание нужно прекратить и охладить колбу в миске с холодной водой. По окончании реакции содержимое колбы состоит из двух слоев, причем оба красновато-коричневые. Верхний слой представляет собой вязкую, пенистую массу. Он содержит скипидар и терпин, образовавшийся из пинена в результате присоединения к нему двух молекул воды. Образующая нижний слой азотная кислота содержит лишь незначительное количество растворимых продуктов превращения. Нейтрализуем реакционную массу разбавленным раствором соды (осторожно — вспенивание!) и отделим верхний слой масла. Для этого выльем содержимое колбы в чашку и осторожно вычерпаем верхний слой ложкой. Можно также отсосать пипеткой нижний слой (Ни в коем случае не отсасывать ртом! Разрежение в пипетке создают с помощью груши или водоструйного насоса. Удобнее всего набирать жидкость в пипетку шприцем (без иглы), плотно соединенным с пипеткой кусочком резинового шланга. — Прим. перев.). Применять делительную воронку не стоит, потому что верхний слой слишком вязкий. Затем отделенную вязкую массу с избытком разбавленной (приблизительно 10 %-ной) серной кислоты будем греть в течение часа с обратным холодильником. Используем при этом такой же простой прибор, как и при получении метилсалицилата. После охлаждения снова нейтрализуем раствором соды. При этом мы почувствуем сильный запах сирени, на который все же накладываются запахи непрореагировавшего скипидара и различных примесей. Весь процесс отражается следующей схемой:

Технический терпинеол применяется для отдушивания мыл, а будучи тщательно очищен, становится незаменимым компонентом многих духов.

ДУХИ

Итак, мы синтезировали и исследовали свойства целого ряда душистых веществ. Однако, сравнивая их запах с ароматом купленных в магазине дорогих духов, нельзя не разочароваться. Дело в том, что фабричным духам аромат придает отнюдь не одно вещество. Современные духи — продукт смешения множества композиций, каждая из которые опять-таки содержит множество душистых веществ как природного, так и синтетического происхождения,

Например, новая композиция с запахом сирени имеет следующий состав:

Терпинеол — 11 %

Иланг-иланговое масло -1%

Фенилэтиловый спирт — 11 %

Бувардия — 1%

Сирень 1094 — 11,5 %

Бензилацетат — 1%

Гелиотропин — 6,5 %

Амилкоричный альдегид — 1%

Гидроксицитронеллаль — 6,5 %

Анисовый альдегид — 0,3%

Коричный спирт — 4,5 %

Метилантранилат — 0,2%

Настой цибета — 0,8%

Лишь при смешивании нескольких подобных композиций получаются настоящие духи. Для создания таких произведений парфюмерного искусства нужен не только многолетний опыт, но и способность к творчеству, талант художника. С давнего времени и до сих пор общепризнанным международным центром, из которого распространяются новые моды в парфюмерии, является город Сюрен во Франции (Сюрен теперь — западный пригород Парижа, расположен на левом берегу Сены. — Прим. перев.). Однако в настоящее время ценные синтетические душистые вещества во все возрастающих количествах вывозятся из ГДР даже в эту столицу парфюмерии. Готовые духи из ГДР и Советского Союза тоже не уступают сегодня всемирно известным французским маркам и пользуются большим спросом на мировом рынке.

Только во времена наших прабабушек самыми любимыми были чистые или смешанные цветочные ароматы, например сирени, роз, нарциссов. Позднее в моду вошел запах орхидей, а в наши дни почти исключительным предпочтением пользуются фантазийные духи, обладающие свежим цветочным ароматом со слабым «животным» оттенком, сближающим запах духов с запахом кожи человека. При изготовлении таких духов вначале создают так называемый ведущий запах обычно с помощью природного или синтетического цитрусового или бергамотового масла. Затем для контраста, с целью создания яркого, выразительного оттенка добавляют высшие альдегиды. Нельзя обойтись и без свежего запаха зелени и для плавного перехода к нему — цветочного запаха. «Животный» запах, запах тела обеспечивается добавлением синтетических веществ типа амбры и мускуса. Эти вещества, кроме того, придают аромату стойкость. Они способствуют тому, чтобы летучие компоненты духов не исчезали слишком быстро и дольше держались на коже или платье.

В заключение изготовим самостоятельно духи по законам нынешней моды.

Изготовим духи

Для создания ведущего запаха понадобится, прежде всего, цитрусовое масло, которое мы получим из кожуры лимонов или апельсинов. Она настолько богата эфирными маслами, что их очень легко выделить. Для этого достаточно механически разрушить оболочку клеток, в которых содержится масло, и собрать выделяющиеся при этом капельки. С этой целью кожуру натрем на терке, в протертом виде завернем в кусочек прочной материи и тщательно выдавим. При этом через ткань просачивается мутная жидкость, состоящая из воды и капелек масла. Смешаем приблизительно 2 мл этой жидкости с 1 мл дистиллята, полученного нами из мыла. Последний содержит высшие альдегиды жирного ряда и имеет освежающий запах, слегка напоминающий запах воска. Теперь нам понадобится еще цветочный оттенок. Мы создадим его, добавляя к смеси 2–3 капли ландышевого масла либо синтезированных нами веществ — изопентилсалицилата (изоамилсалицилата) или терпинеола. Капелька (в буквальном смысле) метилсалицилата, тминного масла, а также небольшая добавка ванильного сахара улучшают аромат. В заключение растворим эту смесь в 20 мл чистого (не денатурированного) спирта или в крайнем случае в равном объеме водки и наши духи будут готовы. Хотя они имеют приятный аромат, все же вряд ли стоит ими душиться, потому что им трудно конкурировать с фабричными духами. Читатель может попробовать самостоятельно подобрать состав других духов, используя описанные выше и полученные им душистые вещества.

КРАСОТА — С ПОМОЩЬЮ ХИМИИ

На витринах парфюмерных магазинов, в парикмахерских и косметических салонах красиво расставлены флакончики и пакетики, тюбики и коробки. Сколько фантазии в их названиях! Обычно эти средства радуют глаз своим красивым оформлением, хотя иногда оно и оставляет желать лучшего. Ни одна женщина не пройдет равнодушно мимо таких витрин! В наши дни не только женщины, но и мужчины, постоянно пользуются самыми разнообразными препаратами для ухода за своим телом, для сохранения молодости и красоты. Кроме того, многие косметические средства избавляют нас от заболеваний зубов, кожи и волос.

Все мы применяем зубную пасту и давно привыкли к этому, а ведь этой привычки не было даже в прошлом веке, не говоря уже о более далеких временах! Зубные эликсиры, лосьоны и кремы для бритья оказывают дезинфицирующее и освежающее действие, кремы для загара и для защиты от солнца позволяют нам в изобилии пользоваться солнечными ваннами и загорать, не опасаясь озноба и боли от ожогов. Кремы для рук позволяют женщинам, какой бы работой в промышленности или сельском хозяйстве они не занимались, сохранять здоровую и красивую кожу. В театре или на вечере танцев женщин украшает тонкий аромат духов. Люди, отличающиеся чрезмерной потливостью, сегодня избавлены от неприятностей — химия обеспечивает их такими препаратами, которые препятствуют выделению пота и устраняют неприятные запахи.

Наряду с этими общепринятыми парфюмерно-косметическими изделиями предложены и многие другие средства, применение которых является делом индивидуального вкуса. Они призваны дополнить природную привлекательность «синтетической красотой». Набор декоративной косметики очень широк: давно употребляемая губная помада, специальные краски и карандаши для бровей и век, краски для волос, лосьоны, кремы и т. д.

Пожалуй, алхимики средневековья смогли бы работать в лаборатории, где создаются новые косметические препараты. Ведь многие из этих средств достижения красоты найдены только на основе опыта, а их эффект часто до сих пор не удается объяснить (или вообще он является спорным). Тем не менее, нельзя не признать, что и в этой области уже достигнуты замечательные успехи, а в будущем косметика, несомненно, еще порадует нас многими сюрпризами. Не будем забывать и о том, что фундаментом современной косметики служит химическая промышленность, поставляющая для создания косметических средств многие исходные вещества.

Таким образом, химия не только способствует увеличению продолжительности нашей жизни, обеспечивая нас лекарствами, но и помогает нам подчеркнуть свою красоту и сохранить ее до глубокой старости.

Займемся косметикой

Разумеется, здесь нет возможности дать полный список рецептов косметических средств. Придется ограничиться лишь несколькими примерами.

Лосьон для бритья. Растворим 0,1 части масла перечной мяты или 0,05 части продажного ментола, 0,06 части ванилина или несколько большее количество ванильного сахара, 0,2 части гвоздичного, бергамотового или цитрусового масла в 19 частях 96 %-ного неденатурированного спирта (ректификата) или изопропилового спирта. Можно также взять вместо него 55 частей 40 %-ной водки. (Ни в коем случае нельзя использовать в качестве растворителя денатурат или метанол!)

Затем растворим 5 частей ледяной уксусной кислоты в 75 частях дистиллированной воды. Если нам пришлось заменить спирт водкой, то для растворения уксусной кислоты понадобится взять только 40 частей воды. В заключение смешаем оба раствора друг с другом и тщательно взболтаем смесь — лосьон для бритья готов.

Огуречный лосьон для лица. Разотрем огурец, выдавим из него сок и смешаем 25 частей этого сока с 5 частями неденатурированного спирта. В полученной жидкости растворим 2 г лимонной, винной или адипиновой кислоты, а также 0,3 г этаната (ацетата) алюминия. Второй раствор приготовим из 7,5 частей спирта, 7,5 частей дистиллированной воды и 1 части хороших продажных духов. Смешивая обе эти жидкости, мы получим туалетную воду для лица.

Соли алюминия, например ацетат, дезинфицируют кожу и обладают вяжущим действием, то есть стягивают поры и благодаря этому делают кожу более гладкой. Огуречный сок тоже хорошо очищает кожу. Многие средства косметики для лица выпускаются в виде эмульсий — смесей, содержащих очень мелкие частички масел или жиров, равномерно распределенные в водных растворах. Наряду с такими эмульсионными кремами типа «жир в воде», выпускаются также эмульсионные кремы типа «вода в жире». Основу кремов для рук тоже составляют эмульсии, которые изготавливаются путем очень тщательного смешивания воска или жира, например ланолина — жира из овечьей шерсти, и вазелина с водой.

Медовый крем для рук. Мы получим его нагреванием 3,5 г порошкообразной желатины с 65 частями розовой воды (лепестки роз выдерживают с водой в течение нескольких дней) и 10 частями меда. К нагретой смеси при перемешивании добавим другую смесь, содержащую 1 часть духов, 1,5 части спирта и 19 частей глицерина. В холодном месте масса загустевает с образованием готового к употреблению желеобразного крема.

Пенообразующий препарат для ванн. Растворим полученный нами ранее краситель — флуоресцеин в 5 мл 10 %-ного раствора соды. В ступке измельчим я перемешаем 50 г предварительно тщательно высушенного гидрокарбоната натрия (питьевой соды), 5 г стирального порошка «Вок», «Эра» или другого средства для стирки тонких тканей (О различных марках моющих средств можно прочесть в книге: А. М. Юдин, В. Н. Сучков. Химия в быту, М., «Химия», 1975,— Прим. перев.) и 15 г крахмала. Пропитаем эту смесь раствором красителя и добавим эфирное масло, выделенное из сосновых или еловых иголок в результате перегонки с водяным паром. Смесь высушим при слабом нагревании и вблизи от источника тепла и в заключение перемешаем с 40 г порошкообразной адипиновой кислоты. Если теперь добавить полученный порошок к воде в ванне, то адипиновая кислота выделяет из бикарбоната углекислый газ. Моющее средство способствует тонкому дроблению пузырьков газа, а флуоресцеин и хвойный экстракт придают воде окраску и аромат.

ПОЛЕЗНАЯ ПЕНА

Нетрудно догадаться, что речь пойдет о химии моющих средств. Среди всех химикатов, применяемых нами в быту, они занимают первое место. От грубых порошков для чистки различных изделий до лучших сортов туалетного мыла, от давно известного хозяйственного мыла до всевозможных новых синтетических моющих средств — стиральных порошков, жидкостей для стирки и шампуней — мы на каждом шагу встречаемся с моющими средствами.

Важнейшими из моющих средств до сих пор остаются мыла. Химики называют мылами соли высших жирных кислот, включающие ионы щелочных металлов — прежде всего, стеарат, пальмитат и олеат натрия, т. е. натриевые соли стеариновой, пальмитиновой и олеиновой кислот. Эти жирные кислоты широко распространены в природе. Они являются главной составной частью многих жиров растительного и животного происхождения. Однако в жирах они содержатся не в свободном состоянии, а в виде сложных эфиров с трехатомным спиртом — пропантриолом, который обычно называют глицерином. Вообще жиры представляют собой сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Их строение отражается приведенной ниже формулой.

Очень давно люди научились расщеплять жиры путем кипячения с растворами щелочей. Этот процесс осуществляется по следующему уравнению:

Секреты мыловарения

Объем современного варочного котла для мыла — несколько кубических метров. Его нагревают водяным паром, который отчасти непосредственно вводят в реакционную массу, поддерживая ее в состоянии интенсивного перемешивания, отчасти же пропускают в змеевик для наружного обогрева котла.

Давайте изготовим мыло сами — только, пожалуй, не в таких масштабах. Варочным котлом нам послужит фарфоровая чашка или, в крайнем случае, маленькая эмалированная кастрюля, которую мы будем нагревать на кипящей водяной бане. Сырьем, в принципе, может быть любой жир или масло, но в зависимости от свойств исходных веществ, мы получим мыло различной консистенции и различного качества.

Ядровое мыло высокого качества мы изготовим путем омыления 70 г говяжьего жира и 30 г свиного сала раствором едкого натра. При нагревании на водяной бане дадим жиру расплавиться и при энергичном перемешивании малыми порциями добавим к нему нагретый раствор 25 г едкого натра в 30 мл воды. (Исключить разбрызгивание щелочи! Надеть защитные очки и проводить реакцию на расстоянии от себя!)

Полученную смесь при непрерывном перемешивании стеклянной палочкой будем 30 минут нагревать на кипящей водяной бане, добавляя горячую воду по мере выкипания. Затем прильем 100 мл 20 %-ного раствора поваренной соли и снова нагреем смесь до полного отделения мыла. В отличие от горячей воды, в растворе поваренной соли мыло почти не растворяется. Поэтому при высаливании (или отсолке, как называют эту операцию мыловары) оно отделяется от раствора и всплывает. Дадим массе немного остыть, выделившийся на поверхности слой довольно твердого мыла соберем ложкой.

При необходимости завернем мыло в полотно или марлю и отожмем. Это нужно сделать осторожно, чтобы на руки не попадал крепкий раствор щелочи. Желательно проводить опыт в резиновых перчатках.

Затем промоем мыло малым количеством холодной воды и добавим к нему немного растворенного в спирте душистого вещества. Можно выбрать тминное, анисовое или фенхельное масло, а также терпинеол, метилсалицилат, бензальдегид или смеси этих веществ — смотря какой аромат хочется получить. Но в любом случае возьмем лишь чуть-чуть душистого вещества, так как мыло не должно иметь сильного запаха. После этого завернем мыло в кусок прочной материи и тщательно разомнем его. В заключение слегка подогреем полученную массу и прессованием придадим ей форму обычного куска мыла.

Водный слой, который остается после отсолки мыла, наряду с поваренной солью содержит глицерин, образующийся при омылении жира. Можно упарить этот раствор и тем самым обогатить его глицерином. Глицерин лучше всего отделяется от поваренной соли в результате перегонки под уменьшенным давлением, которую можно проводить только в химическом кружке. (Осторожно— учесть возможность разрыва прибора! Работать только в защитных очках!)

В промышленности мыло разминают и штампуют, разумеется, машинами. Ядровое мыло поступает в прессы и выходит из них в виде непрерывного бруска. Автоматы разрезают его на куски и затем упаковывают в ящики.

Для получения туалетного мыла сырое ядровое мыло обычно измельчают, а затем смешивают с духами, красящими веществами и иногда, кроме того, с дезинфицирующими добавками или наполнителями. В заключение мыло штампуют в куски нужной формы.

В мыловаренной промышленности в качестве сырья используют, как правило, не животные, а растительные масла и жиры. Мы тоже можем подвергнуть омылению путем варки с раствором едкого натра найденные дома остатки любого растительного масла. В зависимости от того, какое масло мы возьмем, у нас получатся различные мыла. Из многих жиров и особенно из масел образуются не твердые, а жидкие мыла, которые нередко трудно отделить отсолкой. Однако, например, из оливкового и касторового масел образуются очень твердые мыла. Поэтому мыловары должны отлично разбираться в свойствах жиров, чтобы получать из них мыла высокого качества. Им приходится постоянно проверять и учитывать качество жиров. Жиры, дающие слишком мягкие мыла, обычно применяют только в смеси с другими жирами.

Мыла можно готовить и с раствором едкого кали. Полученные калиевые соли жирных кислот, в отличие от натриевых, представляют собой жидкие мыла.

Жидкое мыло мы изготовим путем варки 100 г животного или растительного жира с раствором 30 г едкого кали в 40 мл воды. (Осторожно! Щелочь вызывает на коже сильные ожоги! Особенно опасно попадание щелочи в глаза!) Нам понадобится то же оборудование, что и при получении ядрового мыла, но можно отказаться от отсолки и после омыления просто дать массе остыть при перемешивании. При этом мы получим вязкую смесь жидкого мыла, воды, а иногда и непрореагировавших исходных веществ, которую в промышленности называют клеевым мылом. Оно поступает в продажу в качестве дешевого моющего средства. Широко употреблявшееся раньше зеленое мыло обязано своей окраской добавлению конопляного масла.

Мыла для бритья получаются при варке высококачественных жиров (сала, кокосового масла) с раствором щелочи, содержащим едкий натр и едкое кали в соотношении 1:1. Эти мыла отличаются твердостью и в то же время дают обильную пену. Мы легко можем изготовить такое мыло по приведенной выше прописи, но ни в коем случае не будем использовать его по назначению, потому что в мыле может остаться избыток щелочи — и тогда ожог кожи лица неизбежен.

Старый способ варки мыла с применением растворов щелочей в промышленности все больше вытесняется гидролизом жиров под действием водяного пара при повышенном давлении. При этом образуются глицерин и свободные жирные кислоты, которые легко можно отделить от глицерина, используя его растворимость в воде. Из смеси жирных кислот при нагревании с раствором соды или поташа (карбонатный метод) легко получаются соответствующие мыла.

МЫЛО ИЗ УГЛЯ

В настоящее время для производства мыла широко используются синтетические жирные кислоты.

Сравнение формул насыщенного углеводорода (алкана) и жирной кислоты показывает, что жирная кислота образуется из углеводорода в результате присоединения к нему двух атомов кислорода:

СН₃ —… СН₂… — СН₃ + 3О₂ —> СН₃ —… СН₂… — СООН + Н₂О

алкан жирная кислота

Исходя из этого, химики попытались окислять алканы кислородом воздуха непосредственно до жирных кислот. Из предыдущих разделов мы знаем, что в обычных условиях алканы очень трудно вступают в химические реакции. Однако при повышенной температуре их все же удается окислить. В промышленности окислению подвергают углеводороды, входящие в состав средней по температуре плавления фракции парафина, т. е. содержащие от 12 до 20 атомов углерода в молекуле. Через расплавленный парафин при 110 °C длительно продувают воздух. При этом катализатором служит перманганат калия. Впрочем, он скорее влияет на направление реакции, чем ускоряет процесс. Присутствие соединений марганца улучшает состав продуктов окисления.

В ГДР окисление парафина в наибольшем масштабе осуществляется на заводе в Родлебене. Сырьем там служит парафин, получающийся при полукоксовании бурого угля. Производство синтетических жирных кислот возникло в годы второй мировой войны и в дальнейшем получило широкое развитие. Синтез жирных кислот дает ГДР возможность избавиться от закупки растительных масел за рубежом и тем самым сэкономить валюту. Мыла из синтетических жирных кислот абсолютно равноценны так называемым «натуральным» мылам.

В фашистской Германии было также начато производство из синтетических кислот неполноценных заменителей пищевых жиров, причем планировалось дальнейшее расширение этого производства. Ныне в ГДР синтетические кислоты для этой цели не используются.

Используя накопленный опыт, мы можем смоделировать производство синтетических моющих средств и самостоятельно получить кусочек мыла из угля.

Проведем окисление парафина

Вначале синтезируем жирные кислоты путем окисления парафина. В качестве сырья используем как можно более мягкий технический парафин или, еще лучше, парафин, полученный нами при полукоксовании бурого угля. При желании пользоваться только собственноручно полученным парафином понадобится повторить полукоксование бурого угля 2–3 раза.

Соберем прибор для окисления, как показано на рисунке. Для этого к колбе Эрленмейера вместимостью 250 мл подберем пробку с тремя отверстиями. В одно вставим термометр, доходящий почти до дна колбы. В другое отверстие вставим короткое колено согнутой под острым углом стеклянной трубки.

Второе колено этой трубки соединим с холодильником Либиха или со стеклянной трубкой, охлаждаемой с помощью свинцового змеевика. Приемником послужит пробирка, погруженная в воду для дополнительного охлаждения. В третье отверстие пробки, подогнанной к колбе Эрленмейера, вставим стеклянную трубку, которая должна доходить почти до дна. Через эту трубку будем непрерывно пропускать во время опыта быстрый ток воздуха. Для этого нам понадобится воздуходувка. Работая в химической лаборатории, можно использовать водоструйный насос или компрессор низкого давления, а в домашних условиях — пылесос или фен.

Поставим колбу Эрленмейера на треногу с асбестированной сеткой, поместим в нее 100–150 г парафина, добавим катализатор (5 г тонкоизмельченного перманганата калия) и соберем весь прибор. Нагреем колбу на слабом пламени горелки Бунзена и, как только парафин расплавится, начнем продувать воздух. Воздух нужно пропускать настолько быстро, чтобы содержимое колбы хорошо перемешивалось, но все же не допуская при этом сильного вспенивания.

Теперь запасемся терпением, чтобы с достаточным выходом окислить непокорные алканы. Нам понадобится продолжать нагревание и продувание воздуха по крайней мере 5 часов. При этом все время необходимо регулировать подачу газа и поддерживать температуру в пределах 120–140 °C. В промышленности реакцию проводят при 110 °C и благодаря этому получают более чистые продукты, однако при таких условиях обработку приходится продолжать 24 часа.

Вскоре после начала реакции из приемника выделяются пары, которые легко обнаруживаются по резкому запаху. Между прочим, выделение этих газов сильно усложняет проведение процесса в промышленности, потому что их приходится улавливать, чтобы не загрязнять атмосферу. Поэтому на предприятиях эти газы обычно сжигают в специальных установках.

Через 2 часа в приемнике накопится немного дистиллята — это вязкая жидкость или довольно мягкая масса, состоящая из летучих парафинов и первых продуктов перегонки. Вначале испытание дистиллята увлажненной индикаторной бумажкой свидетельствует о его слабокислой реакции. Далее в ходе опыта выделяются все более горячие пары, которые — как легко убедиться — имеют все более кислую реакцию. Это обусловлено, в основном, тем, что наряду с высшими жирными кислотами при окислении образуются в некоторой степени и низкомолекулярные летучие кислоты — метановая (муравьиная), этановая (уксусная), пропановая (пропионовая) и т. д.

Частично вместе с ними перегоняются и конденсируются в дистилляте жирные кислоты с большим числом атомов углерода в молекуле.

Через 5 часов, а может быть и несколько позже, прекратим опыт и дадим реакционной массе остыть. Вначале проверим, содержатся ли в дистилляте высшие жирные кислоты. Нальем в приемник несколько миллилитров концентрированного раствора едкого натра или едкого кали, закроем пробирку пробкой, взболтаем и оставим на некоторое время. Затем разбавим смесь водой и отфильтруем. Энергично взбалтывая фильтрат, мы обнаружим образование стойкой пены, которая свидетельствует о присутствии мыла. При добавлении раствора соли свинца, кальция или магния в осадок выпадают обильные хлопья нерастворимых солей жирных кислот (Именно вследствие образования нерастворимых кальциевых и магниевых солей обычное мыло утрачивает моющее действие в жесткой воде — Прим. перев.).

Изготовление мыла из синтетических жирных кислот

Из застывшего остатка в колбе Эрленмейера, полученного в предыдущем опыте, изготовим кусок мыла. Для этого колбу будем греть, пока ее содержимое снова не расплавится, и выльем смесь в фарфоровую чашку. Прильем к ней приблизительно вдвое меньшее по объему количество концентрированного раствора едкого натра (Осторожно! Щелочь вызывает на коже ожоги и опасна для глаз!) и равный объем насыщенного раствора соды (карбоната натрия). Затем нагреем и перемешаем. При этом жирные кислоты превращаются в мыло, и образуются три слоя. На поверхность всплывает непрореагировавший парафин, средний слой представляет собой водный раствор мыла, а к нижней части чашки пристает исходная реакционная смесь, не изменившаяся при добавлении щелочи. Нагревание продолжим в течение 15 минут и полностью вычерпаем верхний слой ложкой. Тем временем серый нижний слой постепенно исчезает. Добавим теперь к раствору мыла насыщенный раствор поваренной соли, в котором оно не растворяется. Выделившееся мыло соберем и с помощью сита или фильтра отделим от него жидкость. Добавим к нему небольшое количество глицерина и несколько капель душистого вещества, тщательно разомнем и придадим ему форму готового куска мыла.

Наше мыло коричневое и содержит еще много парафина. Если мы изготовляли его из твердого парафина, то оно выйдет к тому же довольно хрупким. Этот недостаток можно отчасти устранить с помощью глицерина. И все-таки мы явно добились успеха: ведь этим мылом можно мыть руки, и оно дает пену, хотя и не слитком обильную. Несмотря на все недостатки полученного образца, мы можем гордиться тем, что нам удалось смоделировать один из важнейших процессов, осуществляемых в современной химической промышленности.

Как действуют моющие средства

Мытье и стирка — сложные физико-химические процессы. Действие моющих веществ направлено на то, чтобы обеспечить как можно более полное удаление загрязнений, например жира, поверхности раздела между тканью и моющей жидкостью.

Эффективность моющего средства зависит от нескольких факторов. Во-первых, существенную роль играет способность переносить грязевые частицы, которая, в основном, определяется поверхностными явлениями, связанными с электростатическим взаимодействием между частицами загрязнений и образуемой пеной. Во-вторых, имеет значение и эмульгирующая способность, то есть способность дробить загрязнения, например, капельки жира, на мельчайшие частицы, равномерно распределенные в воде. Это свойство моющего средства тоже обусловлено поверхностными явлениями, преимущественно электростатической природы. Наконец, особенно важна способность моющей жидкости к смачиванию ткани, потому что для удаления загрязнений жидкость должна проникать в мельчайшие зазоры между загрязнениями и поверхностью ткани.

Важнейшей и вместе с тем легче всего определяемой характеристикой моющей жидкости является величина поверхностного натяжения. Из рисунка видно, что на молекулы, расположенные внутри жидкости (В), силы притяжения соседних молекул действуют со всех сторон одинаково. В ином положении оказываются молекулы, находящиеся на поверхности (П). На них действуют не только силы притяжения молекул, расположенных рядом с ними на поверхности, но и, в большей мере, молекул, расположенных в глубине жидкости. Равнодействующая этих сил (Р) направлена в глубь жидкости. В результате жидкость стремится сократить свою поверхность. Так возникает поверхностное натяжение. Величина его выражается в единицах силы на единицу длины поверхности или в единицах энергии на единицу площади поверхности.

Чтобы увеличить поверхность жидкости, необходимо вывести из глубины на поверхность дополнительные молекулы, а для этого приходится совершить работу, численно равную величине поверхностного натяжения. Например, поверхностное натяжение воды составляет 72 эрг/см² (1 эрг = 10^-7 Дж). Это означает, что нужно затратить энергию, равную 72 эрг, чтобы увеличить поверхность воды на 1 см².

Поверхностное натяжение наглядно проявляется в том, что жидкость всегда стремится иметь наименьшую поверхность. Так, в состоянии невесомости капли принимают форму шара. Чем меньше поверхностное натяжение, тем меньше жидкость препятствует увеличению ее поверхности. Поэтому, чтобы вещество обладало моющим действием, оно должно прежде всего значительно снижать поверхностное натяжение чистой воды. Только благодаря этому моющая жидкость сможет проникать в мелкие поры очищаемого материала.

border=0 style='spacing 9px;' src="/i/70/687970/img_140">

Чтобы измерить поверхностное натяжение, используем простой метод отрыва кольца. Согнем медную проволоку диаметром 1 мм в кольцо диаметром около 5 см. Концы проволоки желательно аккуратно припаять друг к другу. К трем равноудаленным точкам кольца привяжем вытянутые из старого чулка тонкие капроновые нити или припаяем очень тонкую медную проволочку. Концы этих нитей свяжем узлом и вместо одной чашки присоединим к коромыслу ручных весов. При этом нити должны иметь равную длину, образуя друг с другом правильный трехгранный угол. Подобрав соответствующий грузик, уравновесим весы. При отсутствии ручных весов можно самостоятельно изготовить простейшее приспособление для взвешивания, взяв стеклянную палочку, подвешенную на проволочной петельке.

Для измерений нальем вначале воду, а потом растворы мыла и других исследуемых моющих веществ или моющих смесей в достаточно широкий химический стакан или кристаллизатор. Затем осторожно наложим на поверхность жидкости проволочное кольцо, так чтобы оно по всей окружности прилегало к жидкости равномерно. Если теперь накладывать разновесы на чашку весов, то кольцо вначале будет подниматься вместе с пленкой жидкости, то есть поверхность жидкости будет увеличиваться. При некоторой нагрузке кольцо оторвется от жидкости. Таким образом, с помощью этого простого приспособления мы можем достаточно точно измерить поверхностное натяжение.

Любознательный читатель может провести ряд опытов при различных условиях, чтобы выяснить, как зависит поверхностное натяжение от концентрации моющего вещества и температуры. Результаты целесообразно свести в таблицу и затем представить в виде графиков. Полученные величины мы можем сравнить со значениями, приведенными в справочниках. Нужно только учесть, что длину окружности кольца, ограничивающей пленку жидкости в нашем опыте, при расчете необходимо удвоить. Это объясняется тем, что исследуемая пленка является двойной: она имеет внутреннюю и наружную поверхность. Так как длина окружности кольца равна 2πr, где r — радиус кольца, для вычисления поверхностного натяжения мы должны разделить величину нагрузки, требуемой для отрыва кольца, на удвоенную длину окружности, т. е. на 4πr. Вначале мы получим поверхностное натяжение в мгс/см, так как масса 1 мг создает силу тяжести, равную 1 мгс.

В заключение еще раз подчеркнем, что поверхностное натяжение — важный, но отнюдь не единственный показатель, который необходимо учитывать при оценке моющего действия. Некоторые другие важные характеристики уже были указаны выше. Наряду с ними, следует обратить особое внимание на химические свойства моющих веществ. Так, щелочная реакция обычных мыл вредна для волокон, состоящих преимущественно из белков (например, для шерсти). Кроме того, эти мыла плохо моют в жесткой воде, содержащей растворенные соли щелочноземельных металлов. В этих условиях они образуют нерастворимые, так называемые известковые мыла, которые не только препятствуют стирке, но и оседают на тканях нерастворимым слоем. В этом отношении и по некоторым другим свойствам преимуществами по сравнению с мылами обладают новые синтетические моющие средства. Многие из них представляют собой смеси солей органических сульфокислот с конденсированными фосфатами, а также полиборатами.

7. Химия жизни. Продукты питания как химические соединения

«Человек есть то, что он ест», — в этом высказывании Людвига Фейербаха вся суть наивного материализма. В наше время мы, конечно, не можем согласиться с таким мнением, которое не учитывает того, что человек представляет собой особую, качественно новую, высшую ступень развития живых организмов на Земле.

Однако, если пока не рассматривать человека именно в этом плане, то можно сказать, что его организм поистине подобен химическому комбинату с чрезвычайно сложной технологией производства. В организме человека без применения сильных кислот, а также высоких давлений или температур с превосходным выходом осуществляются сложнейшие химические превращения. Хотя мы знаем о них далеко не все, но многое нам уже известно благодаря исследованиям ряда выдающихся физиологов и химиков (Химией жизни вначале занимались физиология и органическая химия. На рубеже XIX и XX в, вопросы химии жизни стали предметом тесно связанной с этими науками новой самостоятельной науки биохимии (греч. bios — жизнь). — Прим. перев.).

Человеческий организм не может не только расти и развиваться, но и просто существовать без притока органических веществ. В отличие от растений и подобно животным, он не может сам создавать органические соединения из неорганического сырья.

Кроме того, организму требуется энергия — как для обеспечения соответствующей температуры тела, так и для совершения работы.

ОПЫТЫ С САХАРОМ

Вначале займемся семейством простейших продуктов питания — углеводами (Синтез углеводов вне организма впервые осуществил в 1861 г. русский химик А. М. Бутлеров. Обрабатывая метаналь (формальдегид) или его полимер — параформ — известковой водой, он получил светло-желтый сладкий сироп, сходный по химическим реакциям с раствором глюкозы и названный им формозой. Формоза оказалась сложной смесью различных сахаров. — Прим. перев.). К ним относятся различные виды сахаров, крахмал и целлюлоза. Как правило, углеводы служат человеческому организму в качестве горючего, то есть источника энергии. В ограниченной мере организм может также превращать углеводы в жиры.

Сахар горит?

Проверим, может ли сахар служить источником энергии. Если поднести к куску сахара зажженную спичку, то мы увидим, что сам по себе он не горит. Однако, если насыпать на кусок сахара совсем немного пепла от папиросы и снова поднести к нему горящую спичку, то на этот раз он загорится. Сахар горит с потрескиванием, синевато-желтым пламенем и в процессе горения плавится и обугливается. Как и всегда при горении, выделяется тепло. Пепел в нашем опыте служит катализатором.

В организме сахар «сгорает», разумеется, не в результате воспламенения, а под влиянием органических катализаторов при более низкой температуре. Этот процесс включает в себя очень сложные промежуточные стадии. Конечными продуктами его являются углекислый газ и вода.

Из чего состоит сахар

Нагреем в пробирке немножко сахара — вначале осторожно, а затем сильнее. Сахар плавится, приобретает коричневатую окраску, затем чернеет и, наконец, после сильного прокаливания от него остается почти чистый углерод, а в верхней части пробирки конденсируются капельки воды.

Общая формула углеводов C_m(H₂O)_n, где m и n — целые числа. Большинство углеводов — отсюда и происходит их название — можно представить себе состоящими из углерода и воды. При нагревании без доступа кислорода, они, как мы только что наблюдали, распадаются на свои составные части.

Приведенная здесь формула одного из углеводов свидетельствует о том, что их молекулы имеют довольно сложное строение. С цепочкой атомов углерода, которая у важнейших видов Сахаров НО С и О составлена из шести атомов, связаны гидроксильные группы и атомы водорода. Молекула содержит также остаток альдегидной группы, благодаря которому возникает так называемый кислородный J-u мостик. Строение углеводов представлено выше на примере виноградного сахара, который химики называют глюкозой (Наряду с приведенной кольчатой формой, в равновесии к ней в растворе глюкозы содержится небольшое количество цепной формы, содержащей альдегидную группу СН=O.

Когда гидроксильная группа присоединяется к ненасыщенной С связи альдегидной группы СН=O, молекула приобретает изображенную выше кольчатую форму. Взаимные превращения цепной и кольчатой форм обратимы. За счет цепной формы глюкоза вступает в реакции, характерные для алканалей (альдегидов). — Прим. перев.).

Молекулы глюкозы могут объединяться друг с другом или с молекулами других подобных сахаров, образуя длинные цепи.

Говоря другими словами, они способны к поликонденсации с — отделением воды. При таком соединении остатков глюкозы образуется крахмал, содержащий в среднем от 200 до 1000 звеньев глюкозы, или целлюлоза, у которой в цепь соединено еще больше — от 300 до 5000 звеньев глюкозы.

В отличие от простых сахаров такие вещества называются полисахаридами. Простые же сахара, содержащие в молекуле только одно звено, называются моносахаридами. Глюкоза является примером моносахарида.

В заключение отметим, что тростниковый сахар (сахароза), содержащийся в сахарном тростнике, сахарной свекле и некоторых других растениях, представляет собой дисахарид. Он состоит из двух звеньев — остатка молекулы глюкозы и остатка другого моносахарида, сходного с ней по строению, — фруктозы (фруктового сахара). (Фруктоза встречается в свободном виде во многих фруктах и плодах. Особенно богаты ею помидоры, яблоки и пчелиный мед (около 50 %). — Прим. перев.)

При нагревании сахарозу не удается разделить на эти составные части. Она только частично разлагается в ином направлении, образуя коричневатые промежуточные продукты, которые называют карамелью (жженым сахаром) и используют при изготовлении различных кондитерских изделий. Жженый сахар с еще более темной окраской служит природным красителем для некоторых продуктов питания — пива, уксуса и др. Остаток, полученный после нагревания сахара, — сахарный уголь — успешно применяется в качестве активного угля.

Чтобы разложить сахарозу на глюкозу и фруктозу, нужно присоединить к ней воду. Если просто кипятить сахар с водой, то реакция протекает слишком медленно и почти не обнаруживается. Однако эту реакцию катализируют ионы водорода. Поэтому можем ускорить расщепление сахарозы добавлением любых кислот.

Сварим искусственный мед

Натуральный пчелиный мед представляет собой смесь виноградного сахара (глюкозы) и фруктового сахара (фруктозы), а также малые количества ароматизирующих веществ. При расщеплении тростникового сахара (сахарозы) химическим путем получается почти такая же смесь. Она не содержит только душистых веществ. Расщепление сахарозы обычно называют инверсией или гидролизом. Последнее название показывает, что процесс происходит с участием воды.

Приготовим искусственный мед по следующему рецепту. В фарфоровой чашке или химическом стакане к 70 г сахара прильем 30 мл кипящей воды. При перемешивании сахар растворяется с образованием вязкого сиропа. Нагреем его на водяной бане до 80–85 °C (контролировать термометром!). Для ускорения гидролиза нужно добавить еще кислоту. Лучше всего возьмем для этого 0,5 мл чистой метановой (муравьиной) кислоты. (Осторожно! Концентрированная метановая кислота ядовита и вызывает на коже ожоги!) Можно использовать вместо нее и чистую соляную кислоту, но тогда мед получится с неприятным соленым привкусом, от которого трудно избавиться. Смесь при почти непрерывном перемешивании выдержим 2–3 часа при указанной температуре. Затем при тщательном перемешивании нейтрализуем кислоту добавлением 0,8 г гидрокарбоната натрия (питьевой соды). При этом выделяется углекислый газ. После охлаждения получится сладкий светлый сироп.

При промышленном получении искусственного меда в него вводят еще ароматизирующие добавки, в нашем продукте их нет.

Реакции моносахаридов

Моносахариды, например виноградный и фруктовый сахар, являются восстановителями. Это свойство объясняется наличием у них альдегидных групп. Виноградный сахар (глюкозу) можно купить в аптеке в виде порошка, таблеток или раствора. Растворим немного глюкозы в воде и добавим к раствору различные реактивы.

Во-первых, подействуем на глюкозу реактивом Фелинга, который можно быстро приготовить из двух исходных растворов Фелинга. При нагревании выпадает обильный красный осадок оксида меди (II).

Для приготовления второго реактива к малому количеству раствора нитрата серебра добавим по каплям ровно столько водного аммиака (гидроксида аммония), сколько его понадобится для растворения первоначально образующегося осадка. Полученный раствор прильем в пробирке к раствору глюкозы, перемешаем и содержимое пробирки нагреем. При этом на стенках пробирки появится более или менее равномерное серебряное зеркало.

Пробирки, используемые для этих опытов, предварительно нужно тщательно вымыть!

Эти реакции можно использовать для обнаружения моносахаридов, например, виноградного сахара. Однако другие восстановители, как мы уже видели на примере алканалей (альдегидов), могут проявлять такие же свойства.

Проверим, ведут ли себя таким же образом растворы тростникового сахара или самостоятельно полученный нами искусственный мед. Тростниковый сахар и полисахариды не восстанавливают приготовленных нами реактивов, потому что у них звенья моносахаридов сцеплены между собой и альдегидные группы поэтому отсутствуют.

Осахаривание картофеля и древесины

Как мы уже знаем, крахмал и целлюлоза состоят из остатков молекул виноградного сахара. А нельзя ли превратить крахмал, полученный из картофеля или хлебных злаков, либо целлюлозу — главную составную часть древесины — в виноградный сахар? Оказывается, можно! Только для этого нам понадобится сильное расщепляющее средство. Для осахаривания крахмала или тем более целлюлозы нужно либо повысить концентрацию кислоты по сравнению с гидролизом тростникового сахара, либо работать при повышенном давлении и более высокой температуре. В противоположность тому пути, который выбирают в промышленности, мы используем только первое средство, т. е. повысим концентрацию кислоты, хотя из-за этого полученные нами продукты превращения нельзя будет употребить в пищу.

Начнем с гидролиза крахмала — главной составной части картофеля и зерна хлебных злаков.

Раньше картофельный крахмал хозяйки готовили дома сами. Для этого картофелины нужно мелко натереть и отжать через тряпку. Из полученной жидкости выделяется крахмал.

Но лучше возьмем для опыта готовый картофельный или рисовый крахмал. Около 20 г крахмала размешаем в кашицу с равным количеством воды. К очень малому количеству этой смеси на часовом стекле прибавим каплю спиртового раствора йода или раствора йода и йодистого калия в воде. При этом крахмал дает характерную синюю окраску.

В химическом стакане или фарфоровой чашке к 40 мл воды прильем 1 мл концентрированной серной кислоты и нагреем раствор на водяной бане. При непрерывном перемешивании малыми порциями добавим к нему приготовленную на холоду кашицу крахмала и продолжим нагревание 4–5 часов. По окончании реакции проба реакционной массы не должна давать синей окраски с йодом. Другие пробы, которые мы будем отбирать в течение этого времени, будут давать с реактивом Фелинга все более интенсивную положительную реакцию. Следовательно, крахмал исчезает, и образуется виноградный сахар. Правда, наряду с ним получаются и продукты неполного расщепления молекул крахмала, которые называют декстринами. После охлаждения серную кислоту нейтрализуют гашеной известью или мелом (проверить реакцию среды!). При нейтрализации образуется труднорастворимый гипс, который большей частью осаждается, хотя и медленно. Дадим суспензии отстояться и отберем пипеткой полученный над слоем осадка прозрачный раствор. При осторожном упаривании из него получается крахмальная патока, которая применяется при изготовлении кондитерских изделий, а также чистого виноградного сахара. Если мы использовали химически чистую серную кислоту, то можно осторожно попробовать на вкус чуть-чуть патоки. Она имеет явственно сладкий вкус, хотя заметно уступает в этом отношении тростниковому сахару или искусственному меду — ведь виноградный сахар в 3 раза менее сладок, чем тростниковый. Кроме того, мы, конечно, почувствуем неприятный вяжущий привкус из-за незначительной примеси растворенного гипса. В промышленности полученный виноградный сахар тщательно очищают — раствор упаривают под вакуумом, а остаток подвергают перекристаллизации.

Все мы знакомы с глюкозой и знаем, что ею пользуются, когда надо подкрепить ослабленный организм. Она всегда содержится непосредственно в крови (сахар крови) и служит для организма источником энергии. Поэтому глюкоза является совершенно безвредным укрепляющим средством, например для выздоравливающего после болезни или для спортсмена, в организме которого при введении глюкозы быстро возрастает запас энергии. Путешественникам нередко удавалось преодолеть внезапную слабость благодаря лишь нескольким глоткам из фляги с раствором виноградного сахара. А то, что он не очень сладкий, является его преимуществом, так как растворы виноградного сахара даже при высокой концентрации не вызывают отвращения.

Не очень сладок и молочный сахар (лактоза). Как и тростниковый сахар, лактоза — дисахарид: ее молекула состоит из остатков двух моносахаридов — глюкозы и галактозы. Последняя по строению очень похожа на глюкозу.

Получим молочный сахар

В коровьем молоке содержится в среднем 4,6 % молочного сахара. В женском молоке его больше — 6,5 %. Поэтому молоко для искусственного кормления грудных детей приходится обогащать молочным сахаром.

Мы получим молочный сахар из молочной сыворотки, которая остается на сыродельных заводах после отделения от молока жира и белка с помощью сычужного фермента (Сычужный фермент — биологический катализатор, который вырабатывается в желудке молодых жвачных животных и вызывает свертывание молока. — Прим. перев.). Это слегка мутный водный раствор, в котором наряду с малым количеством оставшегося белка содержатся сахар и минеральные соли. В большой фарфоровой чашке упарим 300 мл молочной сыворотки (или несколько больше). Через некоторое время осядет оставшийся белок. Отфильтруем его и продолжим упаривание фильтрата до тех пор, пока не начнет кристаллизоваться молочный сахар. После охлаждения от полученной каши кристаллов отделим молочный сахар — лучше всего на воронке Бюхнера. Для дальнейшей очистки можно еще раз перекристаллизовать осадок из горячей воды.

При скисании молока молочный сахар под влиянием бактерий превращается в молочную кислоту. Поэтому из кислой сыворотки, которая остается дома после приготовления творога, не удастся выделить молочный сахар. Упаривая ее, мы получим лишь сиропообразный концентрированный раствор молочной кислоты.

Осахарим вату

Целлюлоза не может служить для нас продуктом питания. Напротив, в желудках жвачных животных с помощью бактерий она расщепляется с образованием усвояемого сахара.

В промышленности из целлюлозы или непосредственно из древесины, которая, как известно, состоит преимущественно из целлюлозы, при обработке кислотами получают виноградный сахар. Обычно осахаривание (гидролиз) древесины осуществляют в присутствии разбавленной серной кислоты при температуре 135 °C и повышенном давлении или применяют соляную кислоту высокой концентрации при комнатной температуре,

Нам понадобится несколько миллилитров «дымящей» соляной кислоты. Для ее получения нальем 4–5 мл концентрированной соляной кислоты в пробирку и тщательно охладим содержимое пробирки в бане с ледяной водой. Используя простое приспособление, которое мы уже применяли раньше для выделения углекислого газа, получим газообразный хлористый водород. Для этого будем добавлять по каплям 50–70 %-ную серную кислоту к 3 г поваренной соли. (Надеть защитные очки! Из-за выделения едких паров обязательно проводить опыт только в вытяжном шкафу или на открытом воздухе.)

С помощью отводной стеклянной трубки введем хлористый водород в пробирку с тщательно охлажденной соляной кислотой. При пропускании газа горло пробирки не слишком плотно закроем кусочком ваты. Через некоторое время, закончив пропускание хлористого водорода, стеклянной палочкой осторожно сдвинем этот кусочек ваты в соляную кислоту, закроем пробирку другим кусочком ваты и оставим в бане с ледяной водой на несколько часов. Предварительно добавим в баню побольше льда. Вата сначала набухает, а потом постепенно растворяется. В пробирке происходит расщепление целлюлозы, и на следующий день большая часть ее превращается в виноградный сахар.

Сильно разбавим раствор водой, нейтрализуем его раствором соды (карбоната натрия) и проверим, образовался ли виноградный сахар, с помощью реактива Фелинга и аммиачного раствора соли серебра.

Осахаривание древесины приобрело некоторое значение во время второй мировой войны, однако теперь в ГДР почти не применяется, так как в нашем распоряжении имеются другие, более дешевые источники сахаров (В отличие от многих других стран, в том числе ГДР, которой приходится 1/3 всей древесины покупать за рубежом, наша страна обладает огромными запасами древесины и по вывозу ее занимает первое место в мире. Поэтому в Советском Союзе гидролиз древесины осуществляется во все возрастающих масштабах. На гидролизных заводах получают глюкозу и в результате брожения раствора сахаров гидролизный спирт:

C₆H₁₂O₆ —> 2С₂Н₅ОН + 2СO₂

Выделяющийся углекислый газ собирают и, охлаждая его под давлением, превращают в так называемый сухой лад. Из отходов производства получают кормовые дрожжи, фурфурол, используемый для изготовления синтетических полимеров, лигнин и т. д. — Прим. перев.).

ЖИРЫ — ТОПЛИВО ДЛЯ ОРГАНИЗМА

Мы уже знакомы с жирами. Они представляют собой сложные эфиры, образованные трехатомным спиртом глицерином с насыщенными и ненасыщенными жирными кислотами, например стеариновой, пальмитиновой и олеиновой. Мы уже разлагали их щелочами и получали при этом мыла.

Нам известно и то, что жиры являются важнейшими продуктами питания. Кислорода в них гораздо меньше, чем в углеводах. Поэтому жиры обладают значительно большей теплотой сгорания. Однако было бы неразумно, исходя из этого, стремиться обеспечить свой организм только жирами, которые богаты энергией, но трудно усваиваются. При этом организм изнашивался бы так же, как обычная домашняя печка, если бы ее вместо дров топили гораздо более калорийным каменным углем или тем более антрацитом.

По происхождению жиры подразделяются на растительные и животные. Они не растворяются в воде и благодаря своей низкой плотности плавают на ее поверхности. Но зато они хорошо растворимы в тетрахлорметане (четыреххлористом углероде), трихлорметане (хлороформе), эфире и других органических растворителях. Поэтому их можно экстрагировать (извлечь) из измельченных семян растений или из животных продуктов указанными растворителями при нагревании.

Ограничимся тем, что обнаружим жиры в ядрах орехов, семенах мака, подсолнуха или других растений. Малое количество исследуемого образца нужно размолоть, поместить в пробирку, добавить несколько миллилитров четыреххлористого углерода (тетрахлорметана) и нагревать несколько минут. (Пары тетрахлорметана вредны для здоровья и их нельзя вдыхать! Проводить опыт только на открытом воздухе или в вытяжном шкафу! Ввиду опасности пожара ни в коем случае не применять горючие растворители, например эфир или ацетон!)

Обнаружение жиров

Нанесем несколько капель полученного раствора на кусок фильтровальной бумаги и получим прекрасное — столь неприятное на одежде, но необходимое в нашем опыте — жировое пятно! Если нагреть бумагу над кухонной плитой, то пятно останется — в отличие от пятен эфирных масел, которые в таких условиях улетучиваются.

Другой своеобразный способ обнаружения жира основан на том, что он растекается тонким слоем на поверхности воды. Если на поверхность воды, не содержащей жира, нанести очень маленькие частицы камфоры, то они начинают кружиться — как будто танцуют. Как только в воду попадают хотя бы малейшие следы жира, этот танец сразу же прекращается.

Кроме того, мы можем поместить в пробирку малое количество масла или кусочек жира и быстро нагреть на сильном пламени бунзеновской горелки. При этом образуется желтовато-белый дым. Если осторожно понюхать пробирку, то мы почувствуем в носу раздражение, а на глазах — слезы. Это объясняется тем, что при разложении глицерина образуется ненасыщенный алканаль (альдегид) акролеин, имеющий формулу СН₂=СН — СН=O. Его запах слишком хорошо знаком многим хозяйкам, у которых пригорало жаркое. Акролеин проявляет слезоточивое действие и довольно ядовит.

В быту часто — иногда в чрезмерном изобилии — применяются многие жиры — для варки, поджаривания, печения и приготовления бутербродов. В последнем случае годятся только твердые или полутвердые, преимущественно животные жиры, например масло и топленый жир. Некоторые растительные жиры, например кокосовый, чересчур тверды для намазывания на хлеб, а жидкие масла для этого, разумеется, тоже не годятся. Немецкому химику Норманну мы обязаны тем, что в настоящее время жидкие жиры можно превращать в твердые, перерабатывая их в маргарин.

Жидкие растительные масла содержат непредельные жирные кислоты, главным образом, олеиновую (октадеценовую). Последняя отличается от насыщенной стеариновой (октадекановой) кислоты, входящей в состав твердых жиров, только отсутствием в молекуле двух атомов водорода. Олеиновая кислота содержит двойную связь — между девятым и десятым атомами углерода: СН₃—(СН₂)₇-CH=CH-(СН₂)₇—СООН

В 1906 г. Норманну удалось присоединить к олеиновой кислоте водород и тем самым превратить ее в стеариновую. Эта реакция гидрирования ускоряется в присутствии катализаторов — мелко раздробленной платины, палладия или никеля. Попробуем самостоятельно провести гидрирование малого количества жира.

Отверждение жиров — не так уж это просто!

Подвергнем отверждению 2 г чистого оливкового или подсолнечного масла. Нам понадобится катализатор. Приготовим его следующим образом. От 0,5 до 1 г метаната (формиата) никеля, то есть муравьинокислой соли никеля, получение которой описано ранее, поместим в пробирку из тугоплавкого стекла и будем прокаливать в течение 15 минут в высокотемпературной зоне пламени бунзеновской горелки. При этом соль разлагается, и образуется металлический никель в виде очень тонкого порошка. Дадим пробирке остыть, причем в это время ее нельзя двигать, чтобы, по возможности, уменьшить контакт никеля с воздухом. Лучше всего после прокаливания сразу же закрыть пробирку, вставив в нее пинцетом кусок асбестового картона. После охлаждения нальем в пробирку 5 мл чистого спирта (денатурат не годится) или эфира. Затем добавим 2 г масла в 15 мл чистого спирта.

Соединим пробирку, которая служит реактором, с прибором для выделения водорода. Конец отводной трубки, по которой в пробирку поступает водород, должен быть оттянут, чтобы газ выделялся в виде мелких пузырьков. Водород, выходящий из прибора для выделения газа, прежде чем попасть в пробирку, должен быть очень хорошо очищен, чтобы не отравлять катализатор (В условиях лаборатории самый чистый водород получается при электролизе воды. Однако вполне годится для гидрирования и водород, полученный при взаимодействии алюминия с раствором щелочи. Такой способ получения в данном случае предпочтительнее, чем из цинка и разбавленной (1 М) серной кислоты. — Прим. перев.). Для этого пропустим его еще через две промывные склянки. В первую нальем раствор перманганата калия, а во вторую — концентрированный раствор едкого натра или едкого кали. Воздух не должен попасть в реактор. Поэтому водород вначале нужно пропускать только через систему, где он получается и очищается, и тем самым вытеснить из нее воздух. Только после этого соединим эту систему с реактором и будем пропускать водород через реакционную смесь по крайней мере час. Из реакционной пробирки газ должен выходить через отводную трубку. Если он даст отрицательную пробу на гремучий газ, его можно поджечь. А если его не поджигать, то опыт можно проводить только в вытяжном шкафу или на открытом воздухе, причем, разумеется, поблизости не должно быть источников тепла и тем более открытого огня.

После того как пропускание газа прекращено, в пробирке выпадают хлопья, которые из-за присутствия катализатора окрашены в серый цвет. Растворим их в нагретом тетрахлорметане и отделим катализатор фильтрованием через двойной слой по возможности плотной фильтровальной бумаги. При испарении растворителя остается малое количество белого «сала».

Это сало, конечно, еще не маргарин. Но именно оно служит сырьем для промышленного изготовления маргарина.

Гидрирование жиров осуществляется в ГДР на заводе в Родлебене и в соответствии с планом из года в год расширяется. Отверждению подвергаются ценные растительные масла, например арахисовое и подсолнечное, хлопковое и рапсовое. Путем смешивания кокосового и пальмового жира получают лучшие сорта маргарина — кондитерский и сливочный. Кроме того, при изготовлении маргарина к жирам добавляют обезжиренное молоко, яичный желток, лецитин и витамины. Таким образом, мы видим, что маргарин — ценный продукт питания, который изготавливается из растительных масел и других пищевых добавок в результате их «облагораживания» путем химической обработки.

БЕЛОК НЕ ТОЛЬКО В ЯЙЦЕ

Жизнь — это способ существования сложных белковых тел. Белки являются важной составной частью протоплазмы всех растительных и животных клеток. Они содержатся и в клеточном соке растений, и в мускулах животных, и в их нервных волокнах, и в клетках мозга.

Белки представляют собой сложнейшие химические соединения. Составные же части их имеют простое строение. Немецкий химик Фишер, основоположник химии белков, в результате многолетних сложных исследований доказал, что белки построены из аминокислот.

Простейшая аминокислота — глицин, или аминоэтановая (аминоуксусная) кислота. Ей соответствует формула NH₂—СН₂—СООН

Характерно, что молекула глицина включает в себя группу NH₂ наряду с группой СООН, присущей карбоновым кислотам. Некоторые аминокислоты, кроме того, содержат серу (В составе групп —SH и —S—S—. — Прим. перев.). В молекулах аминокислот встречаются не только простые углеродные цепи, но и ароматические кольца, в том числе с гетероатомами. Всего к настоящему времени выделено из белков и исследовано около 30 аминокислот. Из них по меньшей мере десять незаменимы для питания человека. Организм нуждается в них для построения своих белков и сам не может их синтезировать. Белки животного и особенно растительного происхождения обычно содержат не все необходимые для жизнедеятельности аминокислоты в достаточном количестве, поэтому белковое питание человека должно быть по возможности разнообразным. Выходит, что наша склонность к разнообразной пище научно обоснована.

Для всех аминокислот характерна способность к образованию пептидных связей. При этом группа NH₂ одной молекулы аминокислоты реагирует с группой СООН другой молекулы, в результате отщепляется вода и получаются продукты сложного состава, называемые пептидами. Например, если таким образом соединяются друг с другом две молекулы глицина, то возникает простейший пептид — глицил-глицин:

NH₂—СН₂—СО—NH—СН₂—СООН

Если же соединяются не две, а очень много молекул различных аминокислот, то образуются более сложные молекулы белков. Эти гигантские молекулы, содержащие тысячи или даже миллионы атомов углерода, закручены в клубок или имеют строение типа спирали.

В последние годы достигнуты замечательные успехи в синтезе белков. Появились даже планы производства синтетических белков в крупном промышленном масштабе в качестве ценных кормов для животных (Проблема создания синтетической пищи не только для животных, но и для человека — одна из главнейших в современной органической химии. Важнее всего научиться получать именно белки, потому что углеводами нас обеспечивает сельское хозяйство, а увеличить запас пищевых жиров можно хотя бы за счет отказа от использования их для технических целей. В нашей стране в этом направлении работал, в частности, академик А. Н. Несмеянов с сотрудниками. Им уже удалось получить синтетическую черную икру, более дешевую, чем природная, и не уступающую ей по качеству. — Прим. перев.).

С каждым днем наука узнает все больше об этих важнейших веществах. Недавно удалось разгадать еще одну тайну природы — раскрыть секрет «чертежей», по которым построены молекулы многих белков. Шаг за шагом исследователи упорно продвигаются вперед, раскрывая сущность тех химических процессов, которые происходят в организме при решающем участии белков.

Конечно, предстоит еще немало потрудиться, чтобы преодолеть долгий путь, ведущий нас к полному пониманию этих процессов и синтезу простейших форм жизни.

Как распознать белок?

В предстоящих нам опытах ограничимся простыми качественными реакциями, которые позволят нам понять характерные свойства белков.

Одну из групп белков составляют альбумины, которые растворяются в воде, но свертываются при длительном нагревании полученных растворов. Альбумины содержатся в белке куриного яйца, в плазме крови, в молоке, в мышечных белках и вообще во всех животных и растительных тканях. В качестве водного раствора белка лучше всего взять для опытов белок куриного яйца.

Можно использовать и сыворотку коровьей или свиной крови. Осторожно нагреем раствор белка до кипения, растворим в нем несколько кристалликов поваренной соли и добавим немного разбавленной уксусной кислоты. Из раствора выпадают хлопья свернувшегося белка.

К нейтральному или, лучше, к подкисленному раствору белка добавим равный объем спирта (денатурата). При этом тоже осаждается белок.

К пробам раствора белка добавим немного раствора сульфата меди, хлорида железа, нитрата свинца или соли другого тяжелого металла. Образующиеся осадки свидетельствуют о том, что соли тяжелых металлов в больших количествах ядовиты для организма.

Сильные минеральные кислоты, за исключением ортофосфорной, осаждают растворенный белок уже при комнатной температуре. На этом основана очень чувствительная проба Теллера, выполняемая следующим образом. Нальем в пробирку азотную кислоту и пипеткой осторожно добавим по стенке пробирки раствор белка так, чтобы оба раствора не перемешивались. На границе слоев появляется белое кольцо выпавшего белка.

Другую группу белков образуют глобулины, которые не растворяются в воде, но легче растворяются в присутствии солей. Их особенно много в мышцах, в молоке и во многих частях растений. Глобулины растений растворяются также в 70 %-ном спирте.

В заключение упомянем еще одну группу белков — склеропротеины, которые растворяются только при обработке сильными кислотами и при этом претерпевают частичное разложение. Из них состоят, в основном, опорные ткани организмов животных, то есть это белки роговицы глаз, костей, волос, шерсти, ногтей и рогов.

Большинство белков можно распознать с помощью следующих цветных реакций. Ксантопротеиновая реакция заключается в том, что проба, содержащая белок, при нагревании концентрированной азотной кислотой приобретает лимонно-желтую окраску, которая после осторожной нейтрализации разбавленным раствором щелочи переходит в оранжевую (Эта реакция обнаруживается на коже рук при неосторожном обращении с азотной кислотой. — Прим. перев.). Эта реакция основана на образовании ароматических нитросоединений из аминокислот тирозина и триптофана. Правда, подобную окраску могут давать и другие ароматические соединения. При проведении биуретовой реакции к раствору белка добавляют разбавленный раствор гидроксида калия или натрия (едкого кали или едкого натра) и затем по каплям раствор сульфата меди. Появляется вначале красноватая окраска, которая переходит в красно-фиолетовую и далее в сине-фиолетовую.

Подобно полисахаридам, белки при длительном кипячении кислотами расщепляются сначала до низших пептидов, а затем до аминокислот. Последние придают многим блюдам характерный вкус. Поэтому кислотный гидролиз белков применяется в пищевой промышленности для изготовления заправок для супов.

Приготовим суповой концентрат

В широкогорлую колбу Эрленмейера на 250 мл поместим 50 г высушенных и измельченных кусочков говядины или творога. Затем нальем туда концентрированной соляной кислоты, чтобы весь белок полностью пропитался (около 30 мл). Содержимое колбы будем греть на кипящей водяной бане ровно час. За это время белок частично расщепится и образуется густой темно-коричневый бульон. При необходимости после нагревания в течение получаса можно добавить 15 мл вдвое разбавленной концентрированной соляной кислоты. Всего кислоты желательно взять ровно столько, сколько понадобится для гидролиза белка, потому что если ее будет слишком много, то после нейтрализации в бульоне окажется много соли.

Во второй колбе или в глиняном горшочке смешаем мелко нарезанные или растертые овощи и пряности, например 20 г сельдерея, 15 г репчатого лука или лука-порея, немного мускатного ореха и черного или красного перца, с 50 мл 10 %-ной соляной кислоты. Последнюю приготовим, разбавив 1 объем концентрированной кислоты 2,5 объемами воды. Эту смесь тоже станем греть на водяной бане, пока не появится коричневая окраска (обычно это происходит приблизительно через 20 минут). Затем обе смеси поместим в термостойкий стеклянный кристаллизатор или большую фарфоровую выпарительную чашку и тщательно перемешаем. Прильем 50 мл воды и нейтрализуем кислоту, постепенно добавляя гидрокарбонат натрия (питьевую соду). Делать это надо постепенно, малыми порциями, деревянной или пластмассовой ложкой. Смесь нужно все время тщательно перемешивать. При этом выделится много углекислого газа, а из соляной кислоты образуется хлорид натрия, а проще говоря — поваренная соль, которая и останется в бульоне. Благодаря соли бульон лучше сохраняется. Конец нейтрализации легко заметить по прекращению образования пены при добавлении очередной малой порции питьевой соды. Ее нужно добавить столько, чтобы готовая смесь обнаруживала очень слабокислую реакцию при испытании лакмусовой бумажкой.

Конечно, полученный концентрат можно использовать для приготовления супа только в том случае, если для гидролиза белка была взята совершенно чистая соляная кислота, т. е. чистая для анализа или используемая для медицинских целей (Последнюю можно приобрести в аптеке. — Прим. перев.), потому что техническая кислота может содержать примеси ядовитых соединений мышьяка (!). Качество и вкус этого супа могут оказаться разными — в зависимости от того, из каких продуктов мы его приготовили. Однако при совершенно точном соблюдении приведенной прописи его вполне можно употреблять в пищу. В промышленности в пищевые концентраты супов вводят белковые гидролизаты, полученные аналогичным образом из пшеничных отрубей (Часто для этого используют другие белки, в основном растительного происхождения, — из отходов переработки семян масличных культур, а также белок молока — казеин. Получаемые гидролизаты обладают приятным мясным или грибным вкусом. Можно даже получить гидролизат, не уступающий по вкусу куриному бульону. — Прим. перев.).

В последние годы в качестве добавки, улучшающей вкус пищи, а также укрепляющего средства стали применять одну из аминокислот — глутеминовую, которая в изобилии содержится в глобулинах. Она используется в свободном состоянии или в виде натриевой соли — глутамината натрия. Добавим к нашему концентрату немного чистого глутамината натрия или самой глутаминовой кислоты, таблетки которой можно купить в аптеке. Благодаря этому концентрат приобретет более сильный вкус. Сама по себе глутаминовая кислота имеет лишь слабый вкус, но она возбуждает вкусовые рецепторы и таким образом усиливает характерный вкус пищи.

ЧТО ВО ЧТО ПРЕВРАЩАЕТСЯ?

Представляете ли вы, как выглядит гигантский химический завод? Огромные трубы выбрасывают в воздух клубы черного, ядовито-желтого или бурого дыма. Своеобразные очертания химическому предприятию придают огромные ректификационные колонны, холодильные установки, газгольдеры и крупные производственные здания. Если мы познакомимся с заводом ближе, нас увлечет напряженный ритм его непрерывной работы. Мы остановимся перед огромными котлами, пройдем вдоль трубопроводов, услышим шум компрессоров и резкий, вначале пугающий звук, с которым пар вырывается из предохранительных клапанов. Однако есть и такие химические заводы, которые не чадят и не шумят, где нет никаких аппаратов и где изо дня в день старые цеха уничтожаются, уступая место новым. Такими химическими предприятиями являются живые организмы.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ

"Сгорание" пищи в организме осуществляется в клетках. Требуемый для этого кислород обеспечивается за счет дыхания и у многих живых организмов переносится особой жидкостью — кровью. У высших животных кровь состоит из плазмы и взвешенных в ней красных и белыхкровяных телец. Красные кровяные тельца эритроциты, придающие крови ее окраску, состоят на 79 % из сложного белка гемоглобина. В состав этого белка входит красный краситель ген, присоединенный к бесцветному белку глобину, из группы глобулинов. Состав гемоглобина у различных животных сильно различается, но строение гема всегда одинаково. Из гема можно получить другое соединение — гемин. Анатому Тейхману впервые удалось выделить кристаллы гемина и, тем самым, найти надежный метод распознавания крови. Эта реакция позволяет обнаружить малейшие следы крови и успешно применяется в судебной экспертизе при расследовании преступлений.

Обнаружение геминана с помощью реакции Тейхмана

Стеклянной палочкой нанесем на предметное стекло капельку крови, размажем ее и высушим на воздухе. Затем нанесем на это стекло, тонким слоем измельченную до мельчайшего порошка поваренную соль, добавим 1–2 капли ледяной уксусной кислоты (в крайнем случае можно взять вместо нее уксусную кислоту высокой концентрации) и наложим сверху покровное стекло. Нагреем предметное стекло слабым (!) пламенем до образования первых пузырьков (ледяная уксусная кислота кипит при 118,1 °C). Затем при осторожном нагревании полностью выпарим уксусную кислоту. После охлаждения рассмотрим пробу под микроскопом с увеличением в 300 раз. Мы увидим красно-коричневые ромбические таблички (призмы). Если такие кристаллы не образовались, то снова нанесем уксусную кислоту на границу соприкосновения стекол, дадим ей просочиться внутрь и снова нагреем предметное стекло.

Эта реакция позволяет обнаружить следы высохшей крови и на ткани. Для этого обработаем такое пятно водой, содержащей углекислый газ, например минеральной водой, профильтруем вытяжку, фильтрат упарим на предметном стекле и далее обработаем пробу так же, как указано выше. Впервые синтезировать и расщепить гемин удалось немецкому химику Гансу Фишеру в 1928 г. Сравнение формулы гемина (или гема) с формулой зеленого пигмента растений хлорофилла свидетельствует об удивительном сходстве этих соединений:

Обнаружение крови с использованием бензидина

Бензидиновая проба тоже позволяет обнаружить незначительное количество крови. Вначале приготовим реактив. Для этого 0,5 г бензидина растворим в 10 мл концентрированной уксусной кислоты и разбавим раствор водой до 100 мл. К 1 мл полученного раствора прильем 3 мл 3 %-ного раствора пероксида (перекиси) водорода и тотчас смешаем с очень разбавленной водной вытяжкой крови. Мы увидим зеленое окрашивание, которое быстро переходит в синее.

В 5 л крови, содержащейся в организме человека, находится 25 биллионов красных кровяных телец, а в них — от 600 до 800 г гемоглобина. К 1 г чистого гемоглобина может присоединиться около 1,3 мл кислорода. Однако к гемоглобину может присоединяться не только кислород. Его сродство к оксиду углерода (угарному газу) в 425 раз больше, чем к кислороду. Образование более прочного соединения оксида углерода с гемоглобином приводит к тому, что кровь теряет способность переносить кислород, и отравленный человек задыхается. Поэтому будем осторожны с бытовым газом и другими газами, содержащими оксид углерода!

Теперь мы знаем, что при обмене веществ кровь играет важнейшую роль транспортного средства. Перенос газов, удаление чужеродных веществ, заживление ран, транспортировка питательных веществ, продуктов обмена, ферментов и гормонов являются главными функциями крови. Вся пища, которую человек съедает, подвергается в желудке и кишечнике химической переработке. Эти превращения осуществляются под действием особых пищеварительных соков — слюны, желудочного сока, желчи, поджелудочного и кишечного сока. Активным началом пищеварительных соков являются, главным образом, биологические катализаторы — так называемые ферменты, или энзимы. Например, ферменты пепсин, трипсин и эрепсин, а также сычужный фермент химозин, действуя на белки, расщепляют их на простейшие фрагменты — аминокислоты, из которых организм может строить свои собственные белки. Ферменты амилаза, мальтаза, лактаза и целлюлоза участвуют в расщеплении углеводов, тогда как желчь и ферменты группы липаз способствуют перевариванию жиров.

Действие желчи

Влияние желчи на переваривание жиров можно подтвердить следующим опытом. В две одинаковые склянки или колбы Эрленмейера вставим стеклянные воронки. В каждой из воронок слегка увлажним полоску фильтровальной бумаги водой. Затем в одной из воронок пропитаем бумагу желчью (коровьей, свиной или гусиной) и в обе воронки нальем по несколько миллилитров пищевого растительного масла. Мы увидим, что масло проникает только в ту полоску бумаги, которая была обработана желчью. Дело в том, что желчные кислоты вызывают эмульгирование жиров, дробление их на мельчайшие частицы. Поэтому желчь помогает в организме ферментам, способствующим перевариванию жиров. Особенно наглядно это проявляется в следующем опыте.

«Искусственный желудок»

Если удастся найти свиной желудок, его нужно вывернуть, промыть водой и тупым ножом соскоблить слизистую оболочку в химический стакан. Туда же нальем четырехкратное количество 5 %-ного этанола и оставим стакан на 2 дня. Полученную водно-спиртовую вытяжку профильтруем через кусок ткани. Фильтрование можно существенно ускорить с помощью отсасывания на нутч-фильтре водоструйным насосом. Вместо приготовления такой вытяжки можно купить в аптеке пепсин в порошке и растворить его в 250 мл воды.

В заключение натрем на терке белок куриного яйца, сваренного вкрутую (кипятить 10 минут), и смешаем его в химическом стакане со 100 мл воды, 0,5 мл концентрированной соляной кислоты и приготовленной вытяжкой, содержащей пепсин, или же с 50 мл раствора продажного пепсина. Соляную кислоту нужно добавить потому, что пепсин действует только в кислой среде — при pH от 1,4 до 2. Величина pH желудочного сока благодаря присутствию в нем соляной кислоты находится в пределах от 0,9 до 1,5.

Стакан выдержим несколько часов при температуре приблизительно 40 °C в теплом месте — дома около плиты иди печи либо в лаборатории в сушильном шкафу. В течение первой четверти каждого часа содержимое стакана будем перемешивать стеклянной палочкой. Уже через 2 часа мы заметим, что количество белка существенно уменьшилось. Через 6–8 часов весь белок растворится и образуется малое количество белой со слабым желтоватым оттенком кожицы. При этом яичный белок, имеющий сложное строение, гидролизуется водой и превращается в смесь соединений более простого строения — яичный пептон. То, чего химик может добиться только с помощью концентрированных кислот, нам в нашем искусственном желудке удалось осуществить при исключительно мягких условиях.

Неприятный кислый запах содержимого стакана близок к запаху не полностью переваренной пищи.

Теперь проведем самостоятельно еще несколько пробирочных опытов, связанных с исследованием переваривания пищи. Некоторые из них заслуживают краткого пояснения.

Расщепление крахмала можно провести в пробирке при действии слюны на жидкий крахмальный клейстер (37 °C, 30 минут —1 час). Образующийся сахар обнаруживается с помощью реактива Фелинга. Тот же результат можно получить при нагревании 10 мл крахмального клейстера с 5 мл вытяжки коровьей поджелудочной железы в течение 15 минут на водяной бане при 40 °C. Вытяжку готовят путем растирания поджелудочной железы с малым количеством пропантриола (глицерина).

Такая кашица из поджелудочной железы пригодится и для исследования переваривания жиров. С этой целью в пробирку, наполовину заполненную цельным молоком, добавим 0,5 %-ный раствор соды (карбоната натрия) до появления красного окрашивания с фенолфталеином. Если теперь добавить кашицу из поджелудочной железы и нагреть на водяной бане до 40 °C, то красное окрашивание снова исчезнет. При этом из жира натурального молока образуются свободные жирные кислоты. В заключение, используя сычужный фермент (сычужную закваску) или полоску очищенной слизистой оболочки телячьего желудка, мы можем выделить из сырого молока белок казеин. Химики и биологи открыли сотни интересных реакций, позволяющих обнаружить самые разнообразные вещества, содержащиеся в организме. С некоторыми из этих реакций мы познакомимся.

Обнаружение холестерина в яичном желтке

Холестерин присутствует во всех органах, но больше всего его содержится в мозгу, в желчи и в яичниках. Это важнейшее вещество относится к группе полициклических спиртов стеринов, к которой принадлежат также некоторые половые гормоны. Кроме, того, холестерин весьма близок по строению к эргостерину — промежуточному веществу, из которого получается витамин D. Первоначально холестерин был найден в желчных камнях и поэтому назван «твердой желчью». Позднее были открыты стерины растительного происхождения. Ранее холестерин был найден только у позвоночных животных, в том числе у человека. Поэтому его присутствие считалось признаком высокого уровня развития живых существ. Однако ученым ГДР впервые удалось обнаружить холестерин в бактериях. Из яичного желтка извлечем холестерин диэтиловым эфиром. Затем смешаем 0,5 мл ледяной уксусной кислоты и 2 мл концентрированной серной кислоты, подвергнем нагреванию в течение 1 минуты и в заключение тщательно охладим. В пробирке под слой вытяжки яичного желтка осторожно введем охлажденную смесь кислот — так, чтобы содержимое не перемешивалось. Оставим пробирку на некоторое время. Через некоторое время в ней образуется несколько зон с разной окраской. Над слоем бесцветной кислоты мы увидим красный, а над ним — синий слой. Еще выше находится желтоватая вытяжка, а над ней — зеленый слой. Эта красивая игра красок, вероятно, понравится читателям. Проведенная реакция называется реакцией Либермана (Часто холестерин определяют с помощью красивой цветной реакции Либермана-Бурхарда. К раствору 5 мг холестерина в 2 мл хлороформа добавляют 1 мл уксусного ангидрида и 1 каплю концентрированной серной кислоты. При встряхивании образуется розовое окрашивание, быстро изменяющееся до красного, затем синего и, наконец зеленого. — Прим. перев.).

Можно обнаружить холестерин и с помощью другой цветной реакции — по методу Сальковского. В этом случае несколько миллилитров вытяжки смешивают с равным объемом разбавленной (приблизительно 10 %-ной) серной кислоты. Слой кислоты флуоресцирует зеленым цветом, а вытяжка приобретает окраску от желтой до интенсивно-красной (Обе реакции — Либермана и Сальковского — могут не получиться с первого раза, если неудачно выбраны соотношения реагентов. Легче получается проба Сальковского. Если, например, вытяжка получена разбавлением 6 мл желтка до 50 мл эфиром, то лучше всего к 1 мл такой вытяжки добавить 2 мл 10 %-ной серной кислоты. — Прим. перев.).

Красивую цветную реакцию получают также при обнаружении желчного пигмента в моче. Для этого в пробирку, наполовину заполненную мочой, по стенке осторожно добавляют по каплям азотную кислоту. В результате в нижней части пробирки образуется зеленая зона, которая переходит в синюю, фиолетовую и красную.

Присутствие желчного пигмента в моче свидетельствует о заболевании человека. Вообще при распознавании некоторых болезней надежные выводы можно получить благодаря анализу мочи и кала — конечных продуктов обмена веществ в живом организме. Это шлаки, которые не нужны организму и поэтому должны выключаться из обмена веществ. Однако мы знаем, что эти вещества не пропадают бесполезно, а в качестве необходимого звена включаются в круговорот веществ в природе.

ХИМИЧЕСКИЙ ЗАВОД В РАСТЕНИЯХ

Каждый организм до тех пор, пока он растет, увеличивает свой запас живой материи. Для этого ему необходимы строительные материалы, которые он должен приспосабливать к своим целям, включать в процесс обмена веществ. Кроме того, организму требуется горючее — источник энергии. Сравнивая живой организм с химическим заводом, мы могли бы сказать, что питание — это потребление и переработка строительных и горючих материалов.

Важнейший элемент — углерод — растения поглотают из воздуха в виде его диоксида (углекислого газа) благодаря своим листьям. Все другие вещества они добывают с помощью корней из почвы вместе с почвенной влагой. Только в особых случаях растения поглощают воду и растворенные в ней минеральные соли с помощью листьев Ежегодно зеленые растения связывают и превращают в органические соединения 170 млрд. т углерода — по 3 т на 1 га поверхности земли. За 30 лет такого интенсивного усвоения запас углекислого газа воздуха мог бы исчерпаться, если бы в природе не существовало процессов, в результате которых углерод снова возвращается в атмосферу. Например, 1 м² листьев подсолнуха за час поглощает углекислый газ из 3 м³ воздуха, т. е, 900 см³ СО₂. Из него образуется 0,5–1 г виноградного сахара.

Образование в клетках растений виноградного сахара происходит в соответствии с уравнением:

6СО₂ + 6Н₂О + энергия —> C₆H₁₂О₆ + 6О₂

Этот процесс называется фотосинтезом, потому что необходимую для него энергию дает солнечный свет.

Клетки растения поглощают световую энергию и передают ее взаимодействующим веществам с помощью зеленого пигмента хлорофилла. Последний содержится в клетках растений в виде микроскопических мелких зернышек. Благодаря такой структуре поверхность хлорофилла, содержащегося в растении, необычайно велика, что способствует увеличению скорости фотосинтеза. Например, 180 г хлорофилла, содержащегося в столетнем буке, раздроблено на 50 биллионов зернышек, поверхность которых составляет от 18 000 до 20 000 м². Поверхность же 200 000 листьев этого бука составляет всего лишь 1 220 м².

Хлорофилл представляет собой смесь красящих веществ. Ознакомимся с методом, который позволяет разделить красители, входящие в состав хлорофилла. Этот метод был предложен русским ботаником М. С. Цветом в 1906 г. и называется хроматографией. Он основан на способности порошкообразных веществ по-разному удерживать, или адсорбировать, содержащиеся в растворе красители. Разумеется, эти порошкообразные вещества — адсорбенты — не должны вступать в какие-либо реакции с растворителем и сами не должны растворяться в нем.

Разделение зеленого красителя листьев методом колоночной адсорбционной хроматографии

Разотрем в ступке 10 г богатых хлорофиллом листьев (например, молодых листьев крапивы), добавив к ним немного песка. Для нейтрализации кислоты, присутствующей в растении, можно добавить на кончике шпателя карбонат кальция. К полученной кашице в сосуде, который нужно надежно закрыть, прильем смесь 45 мл низкокипящего бензина (газолина), 5 мл бензола и 15 мл метанола. (Осторожно! Легко воспламеняется!)

Вместо смеси этих трех растворителей можно взять 50 мл пропанона (ацетона). Смесь выдержим в темном месте не менее часа, время от времени взбалтывая. Тем временем подготовим колонку с адсорбентом. Возьмем стеклянную трубку длиной 18–20 см с внутренним диаметром 8-15 мм, укрепим ее вертикально и закроем снизу пробкой, в которой просверлено отверстие. Сверху на пробку положим кусочек марли и слой ваты, чтобы порошкообразный адсорбент, который надо очень плотно утрамбовать стеклянной или деревянной палочкой, не высыпался из колонки. Насыплем в колонку сначала свежепрокаленную окись алюминия, так чтобы она заняла 2–3 см по высоте. Над этим слоем должен располагаться слой измельченного до тонкого порошка карбоната кальция высотой 4 см. (Можно кусочки мрамора или мела высушить нагреванием в фарфоровом тигле, а затем измельчить.) Еще выше поместим слой очень тонко размолотой высушенной сахарной пудры высотой 6 см. Можно приготовить колонку и проще, составив адсорбент всего из двух слоев. В этом случае нижний слой высотой 3 см должен состоять из свежепрокаленной окиси алюминия, а над ним, отделенный от него тонкой прослойкой ваты, должен располагаться слой непрокаленной окиси алюминия высотой 10 см. Опыт неплохо получится даже при заполнении трубки одной сахарной пудрой.

Отфильтруем раствор хлорофилла от остатков растительных клеток и песка. В проходящем свете фильтрат выглядит изумрудно-зеленым, а в отраженном свете обнаруживает великолепную красную флуоресценцию. Нам нужно еще отделить от фильтрата метанол. При встряхивании фильтрата с водой образуется два слоя. С помощью делительной воронки или простого отсасывания пипеткой можно отделить окрашенный слой бензола и бензина от бесцветного метанольно-водного слоя (Ни в коем случае не отсасывать ртом!

Об опасности метанола сказано ранее. Бензол — также сильный яд, отравляющий кровь.

Разрежение в пипетке создают с помощью груши или водоструйного насоса. Удобнее всего набирать жидкость в пипетку шприцем (без иглы), плотно соединенным с пипеткой кусочком резинового шланга. — Прим. перев.).

Затем соединим колонку с колбой для отсасывания, последнюю подключим к водоструйному насосу и пропустим через колонку несколько миллилитров бензина. Продолжая отсасывание, прильем в колонку раствор хлорофилла. Нельзя брать этого раствора слишком много, кроме того, он не должен быть слишком концентрированным. Мы увидим, что в колонке образуется несколько разноцветных зон. В заключение пропустим через колонку еще 10–15 мл смеси бензина с бензолом в соотношении 4: 1. При этом окрашенные зоны расширяются. Этот процесс называется проявлением хроматограммы (В качестве колонки можно также использовать бескрановую бюретку или стеклянную трубку, оттянутую в нижней части. В месте сужения удерживается кусочек ваты. Полезно иметь в виду, что лучшее качество разделения обычно получается при заполнении колонки не сухим, а «мокрым» способом, в этом случае порошок адсорбента размешивают наносят в колонку вместе с растворителем (в данном опыте — с бензином). Отсасывать нужно не слишком сильно, чтобы не нарушать равномерность слоя адсорбента. Без отсасывания качество разделения лучше, но опыт занимает слишком много времени. Лучше вместо отсасывания создавать слегка повышенное давление, подключая к колонке сверху надутую камеру от волейбольного мяча. — Прим. перев.).

Теперь мы обнаружим в колонке четыре зоны разного цвета. Верхняя, желто-зеленая зона содержит хлорофилл b сине-зеленая зона ниже — хлорофилл а. В слое окиси алюминия адсорбируются желтый ксантофилл и под ним — оранжевый каротин. Каротин знаком нам по цвету моркови, в которой он содержится Если колонка была заполнена только сахарной пудрой, то каротин не задерживается и в виде раствора попадает в колбу для отсасывания. Впрочем, это может получиться и при таком заполнении колонки, которое было описано в нашем опыте. Если столбик адсорбента осторожно вытолкнуть из колонки стеклянной палочкой, то можно разрезать его на отдельные зоны и извлечь из них различные красители органическими растворителями.

В 1944 г. английские химики предложили еще более простой метод хроматографии, который тоже позволяет обнаружить и разделить ничтожно малые количества веществ. По этому способу разделение проводится на полоске бумаги, по которой движется исследуемый раствор. Получим сами такую бумажную хроматограмму.

Разделение красителей из растений методом бумажной хроматографии

Вначале снова приготовим раствор красителя. Для бумажной хроматографии его понадобится меньше — всего 10–15 капель. Достаточно растереть два маленьких листочка и для извлечения из них красящих веществ добавить 2 мл пропанона (ацетона).

Правильно выбрать бумагу для хроматографии нелегко. Лучшие результаты получаются только при использовании бумаги из чистого хлопка. Выпускаются специальные сорта бумаги для хроматографии (быстрофильтрующая и медленно фильтрующая). При отсутствии такой бумаги придется удовлетвориться просто фильтровальной бумагой высокого качества. Из трех известных вариантов — восходящей, нисходящей и круговой бумажной хроматографии — выберем восходящую хроматографию. Вырежем из бумаги полоску шириной 1 см. На одном конце сделаем полоску поуже, чтобы получался вытянутый «язычок» (как на рисунке). Над тем местом, где полоска начинает сужаться, простым карандашом наметим линию старта. На середину этой линии нанесем одну за другой несколько капелек приготовленной нами вытяжки хлорофилла. Каждую следующую каплю можно наносить только после того, как высохнет предыдущая, и нужно следить, чтобы пятно на старте не получилось слишком большим. Поэтому раствор нанесем на бумагу пипеткой с тонко оттянутым концом. Для ускорения высушивания можно поместить полоску на нагретый кусок листового металла или асбеста либо выдержать ее в сушильном шкафу. Капли нужно наносить до образования на линии старта пятна интенсивного зеленого цвета. Подвесим полоску бумаги в пробирке так, чтобы язычок на 1 см был погружен в растворитель (петролейный эфир, толуол, бензин). Под действием капиллярных сил растворитель будет подниматься по бумаге, а вместе с ним будут подниматься и красители.

Но продвигаться по бумаге они будут с различной скоростью. Медленнее всех поднимается желто-зеленый хлорофилл Ь, быстрее — ксантофилл и еще быстрее — сине-зеленый хлорофилл а. С фронтом растворителя поднимается желтый или оранжевый каротин. Опыт занимает 2–3 часа.

Очень красивые хроматограммы получаются при исследовании вытяжек листьев другого цвета, например красных (краснокочанной капусты, лесного бука и т. д.). Обнаружение на этих хроматограммах зеленых и желтых пятен покажет нам что в таких листьях окраска красителей группы хлорофилла перекрывается интенсивной красной или фиолетовой окраской антоцианинов. В цветках васильков содержатся, например, фиолетовый цианидин и красный пеларгонидин. Оба эти вещества входят в состав природных красящих веществ ряда антоцианинов. Для их разделения цветы обрабатывают спиртом. Полученный раствор, содержащий эти красители, наносят на бумагу для хроматографии. После высушивания язычок бумажной полоски погружают в 2 соляную кислоту.

Хлорофилл образуется в растениях из бесцветных веществ под влиянием света. Для построения его молекулы необходимы атомы железа, хотя они и не входят в состав молекулы хлорофилла. Строение хлорофилла удалось установить в результате многолетней работы целого ряда исследователей, из которых следует отметить, прежде всего, Вильштеттера и Ганса Фишера. Предложенная ими формула хлорофилла приведена выше. Правильность ее была подтверждена в 1960 г. мюнхенскими химиками Штреллем и Калояновым, которым удалось синтезировать хлорофилл.

При решении вопроса о механизме фотосинтеза ученые воспользовались методом меченых атомов. Они поместили растущие зеленые растения в атмосферу, содержащую углекислый газ с радиоактивным изотопом углерода ¹⁴С. После кратковременной выдержки растение тотчас подвергали исследованию. Оказалось, что уже после выдержки в течение полсекунды в растениях обнаруживается глицеринфосфорная кислота, содержащая атомы ¹⁴С. Следовательно, эту кислоту, по-видимому, можно рассматривать в качестве одного из первых продуктов ассимиляции.

Крахмал в листьях и в маргарине

Нашу краткую экскурсию на химический завод, содержащийся в растениях, завершим опытом с продуктом обмена веществ — крахмалом. Крахмал образуется в листьях из сахара, который возникает в результате фотосинтеза:

nС₆Н₁₂О₆ —> (C₆H₁₂0₆)_n + nН₂O

глюкоза крахмал

При этом он получается и накапливается в соответствующих частях растений в виде мелких зернышек, которые хорошо видны под микроскопом при увеличении в 350 раз в хлоропластах (Хлоропласты — особые тельца в протоплазме клеток растений, окрашенные хлорофиллом в зеленый цвет, — Прим. перев.) нежных листьев мха или папоротника. Различным видам растений свойственна различная, характерная для них форма зерен крахмала.

Это используют при исследовании пищевых продуктов. По тому, как выглядит мука под микроскопом, определяют, из каких злаков она получена. Такое исследование, выполняемое в специальных лабораториях с помощью поляризационного микроскопа, позволяет обнаружить в муке даже следы примесей, которые могут быть добавлены к ней с целью подделки. Случалось, например, что к муке лучших сортов подмешивали муку из других, менее ценных злаков. Раньше бывали даже такие случаи жульничества, когда на рынках торговали мукой, разбавленной порошкообразным гипсом.

Соберем содержащие крахмал семена различных видов растений, острым ножом разрежем их пополам, затем срежем очень тонкий слой и поместим его на предметное стекло. При необходимости добавим каплю воды и полученную суспензию равномерно распределим на предметном стекле, накладывая на него сверху другое такое же стекло. Плавно изменяя настройку микроскопа, мы увидим сильно преломляющие свет слои зернышек; особенно четко они видны в случае картофельного крахмала.

Крахмал дает синюю окраску с раствором йода. Благодаря этой иодкрахмальной реакции не раз удавалось вывести на чистую воду жуликов, которые торговали бутербродами, выдавая за масло маргарин. Выпускаемый промышленностью маргарин по законным техническим условиям должен содержать добавку кунжутного масла. Последнее дает красное окрашивание с фурфуролом и соляной кислотой. С 1915 г. было разрешено заменять это масло картофельным крахмалом. Продажный маргарин содержит его в количестве 0,2 %.

Обнаружение крахмала в маргарине

При нагревании на малом огне газовой горелки или на водяной бане расплавим малое количество маргарина. Водный слой, образующийся внизу, под слоем жира, отберем пипеткой, поместим его в другую пробирку, разбавим вдвое содой и нагреем до кипения. После остывания добавим 2 капли раствора йода. Жидкость приобретает синий цвет.

Обнаружение крахмала в листе сирени

С помощью йода можно найти крахмал и в листьях живых растений. Используя эту реакцию, докажем, что растения способны к ассимиляции только на свету.

Вечером подготовим для опыта лист сирени — часть его (прямо на кусте) закроем с обеих сторон, завернув в алюминиевую фольгу или другой светонепроницаемый материал. На следующий день, после того, как лист в течение нескольких часов находился на ярком солнечном свету, срежем его и, погрузив на 2–3 часа в горячий денатурат, извлечем из него хлорофилл. В заключение опыта поместим лист в раствор йода. При этом в синий цвет окрасится только та часть листа, которая была на свету.

АГРОНОМ В РОЛИ ХИМИКА

Знаменитый французский физик Фредерик Жолио-Кюри однажды рассчитал, что энергии, которая за один только месяц расходовалась во время последней мировой войны для целей разрушения, хватило бы для обводнения всей Сахары с ее бесконечными песчаными пустынями, дюнами и безжизненными пространствами, усеянными щебнем и галькой. А ведь общая площадь этой громадной пустыни 6 000 000 км²! Это приблизительно в 20 раз больше, чем площадь Италии.

Нужны ли людям такие земли?

Каждую минуту только в странах социалистического содружества рождается 90 человек, в час — 5 400, в день — почти 130 000. На всей Земле ежегодно регистрируется 110 миллионов рождений, а умирает за то же время 60 миллионов людей. В 1917 г. население нашей планеты составляло 1,7 миллиарда человек, а в 1971 г. уже — 3,7 миллиарда. К 2000 г. это число удвоится.

Хватит ли на Земле хлеба для всех?

Ведь и сегодня еще миллионы людей страдают от голода. Они голодают там, где господствуют колониализм и эксплуатация человека человеком. Между тем при использовании всех имеющихся сегодня резервов Земля могла бы прокормить 12–15 миллиардов человек!

Использовать эти резервы нелегко — для этого предстоит еще немало потрудиться. Где же они скрыты?

Огромные пространства на Земле не освоены. В Бразилии не используется 97 % площади, в США посевная площадь сократилась на 23 %.

Миллионы земледельцев до сих пор пашут землю примитивными деревянными орудиями.

Огромный источник продуктов питания — океан — пока не освоен.

Люди употребляют в пищу лишь 1 % имеющихся на Земле видов растений.

В почву вносится только одна десятая часть необходимых ей удобрений.

В решении всех этих задач, в обеспечении все новых и новых миллионов людей продуктами питания огромная роль принадлежит науке. И в первую очередь человечеству поможет химия!

В будущем появится и станет непрерывно расширяться производство синтетических продуктов питания, прежде всего с целью удовлетворить потребность людей в белках. Статистика Организации объединенных наций свидетельствует о том, что 2 миллиарда человек в Азии и Африке сегодня получают лишь одну треть необходимых им животных белков. С другой стороны, по мнению советского ученого Н. М. Жаворонкова, при полном использовании всех питательных веществ из растений можно было бы прокормить 134 миллиарда человек.

ВСЛЕД ЗА ЛИБИХОМ

В 1825 г. торговое судно впервые доставило в Гамбург чилийскую селитру. Груза было много — он был насыпан выше бортов, и никто не догадывался, зачем он нужен и какая цепь событий развернется дальше.

В то время уже не было недостатка в попытках повышения плодородия почвы. Первые успехи вскоре сменились разочарованием. Оказалось, что при внесении в почву только навоза или компоста урожайность удавалась повысить лишь до некоторого предела. Регулярное удобрение почвы зеленой массой растений требовало трехпольной системы ведения хозяйства, от которой стремились отказаться. Так называемое известкование почвы, удобрение ее глинистым или песчанистым мергелем вначале повышало урожаи. Однако при дальнейшем пересыщении почвы мергелем урожайность быстро снижалась. Недаром стали говорить, что «известь обогащает отца, но разоряет сына». Таким образом, одна только известь тоже не годилась в качестве удобрения. Почве не хватало каких-то других веществ.

Чего только не предлагали в качестве удобрения! Тут были и всевозможные отходы животного и растительного происхождения, и измельченная ветошь, и остатки кожи, и размолотые перья. Поступило даже предложение закапывать на полях покойников.

Авторы всех этих предложений не знали, что нужно растениям для роста. Для того чтобы получить представление об этом, необходимо было систематическое исследование растений вместе с окружающей их средой, почвой, на которой они живут, и воздухом, которым они дышат. Да, именно дышат! Это впервые установили в конце XVIII в. голландский ученый Ингенхауз, а также швейцарские исследователи Сеннебье и Соссюр. Растения поглощают углекислый газ из воздуха. Из почвы они получают воду, это точно, — а может быть, что-нибудь еще? Вероятно, в почвенной влаге растворены какие-то вещества, которые вместе с ней переходят в растения?

Прошло совсем немного времени, и на эти вопросы был найден ответ. Он содержался в работах немецкого ученого Либиха. Свою первую работу, посвященную связи между неорганической химией и химией растений, Либих опубликовал, будучи 20-летним студентом в Париже. За эту работу университет в Эрлангене присвоил ему докторскую степень. Именно Либих сделал решающий шаг от старого естествознания (философии природы) к химии в качестве самостоятельной науки, вооруженной собственными методами исследования. В его лаборатории в Гиссене был создан новый метод элементного анализа, позволяющий быстро определять состав органических соединений (Учениками Либиха в Гиссене были многие впоследствии прославленные химики, в том числе русские, первым из которых был А. А. Воскресенский, названный Д. И. Менделеевым «дедушкой русских химиков». Школу в Гиссене прошел и Н. Н. Зинин. Заслуги Либиха получили признание в России — в 1830 г. (в 27 лет) он был избран иностранным членом-корреспондентом Петербургской Академии наук. — Прим. перев.).

При анализе любого растения в нем удавалось обнаружить углерод, водород, кислород и азот. В золе, которая оставалась после сжигания растений, Либих нашел соединения других элементов, в том числе калия, кальция, магния, фосфора, серы, железа и кремния. Растения могли получить их только из почвы. При анализе почв присутствие этих элементов подтвердилось.

Так шаг за шагом Либих раскрыл существующую в природе закономерную связь явлений: растения постоянно извлекают из почвы минеральные вещества — человек убирает растения с поля — почва обедняется минеральными веществами — урожаи снижаются. «Продавая урожай со своего поля, крестьянин продает и само поле», — говорил Либих. Химик же должен помочь земледельцу возвратить его поле, он должен обеспечить его минеральными питательными веществами, которые были удалены из почвы вместе с урожаем. Расход питательных веществ нужно восполнить, добавляя их в почву в таком же количества путем внесения искусственных удобрений.

Оказалось, что растению необходимы калий, фосфор, кальций и, как нашел Либих только позднее, азот. Их-то и нужно вводить в почву в составе удобрений, потому что именно этими элементами она обедняется больше всего. Агрохимия — таким был подзаголовок изданной в 1840 г. книги Либиха «Органическая химия в приложении к земледелию и физиологии» — превратилась в самостоятельную науку и открыла новую эпоху в развитии сельского хозяйства.

Конечно, Либих не мог еще сказать, сколько минеральных удобрений нужно вносить в почву. Сейчас мы знаем, что это зависит от многих факторов. Однако для регулирования количества минеральных удобрений Либих предложил простой закон — так называемый закон минимума. Он гласит, что любое питательное вещество должно присутствовать в достаточном количестве. Если же какого-нибудь питательного вещества не хватает, то этот недостаток нельзя компенсировать избытком других питательных веществ. Следовательно, величина урожая зависит от того питательного вещества, которого меньше всего, то есть минимум. Отсюда и название закона — закон минимума.

Эта теория выросла из практики, и ее выводы нужно было проверить на практике. Запатентованное Либихом удобрение — смесь фосфатов, полученная из едкого кали и фосфорной кислоты — вначале была изготовлена и испытана в Англии. Однако этот опыт не привел к цели, потому что Либих не включил в состав своего удобрения азот. Он полагал, что этот элемент растения могут извлекать из воздуха. Либиху понадобилось провести целый ряд опытов на приобретенном им участке в Гиссене, чтобы полностью выяснить этот вопрос. В результате он изменил свое прежнее представление о значении азота. После этого уже первые опыты, в которых ошибка была исправлена, увенчались успехом.

Агрохимия добилась первой крупной победы. В наши дни урожайность сельскохозяйственных культур растет быстрее, чем численность населения. Наука обеспечила пищей миллионы людей. Возникла новая отрасль промышленности — производство минеральных удобрений. В ГДР ежегодно в почву вносится около 5 млн. т удобрений.

АНАЛИЗ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Слово анализ можно найти в словаре иностранных слов. Как объясняется там, оно происходит от греческого слова analysis, которое означает разложение, расчленение предмета на его составные части. Каждый, кто интересуется химией или родственными ей науками, должен ознакомиться с методами химического анализа и приобрести соответствующие практические навыки. Каждый студент химического вуза или техникума обязан доказать свое знание аналитической химии, успешно выполнив определенное число опытов по качественному и количественному анализу. Это означает, что он исследует отдельные химические соединения (или их смеси) и устанавливает, какие атомы или группы атомов в них содержатся, а также количественный состав этих соединений. Вопросу о том, как надо проводить анализ, посвящена обширная литература. Здесь мы задались целью дать читателю краткий обзор основных частных реакций, необходимых для распознавания ионов, которые входят в состав минеральных удобрений. Некоторые из таких приемов уже знакомы читателю, проводившему реакции обнаружения металлов.

Многие реакции в аналитической химии основаны на том, что к пробе вещества неизвестного строения или его раствора добавляют один или несколько реактивов и при этом происходит реакция, которая обычно сопровождается изменением цвета, образованием осадка или выделением газа. Как известно, металлы присутствуют в растворах в виде положительно заряженных ионов, или катионов, например К⁺, Na⁺, Са²⁺, Мg²⁺, тогда как ионы неметаллов и кислотных остатков — анионы — имеют отрицательный заряд. К числу анионов относятся, например, Cl^-, SO₄^2-, СО₃^2-, РO₄^3-.

Большинство минеральных удобрений нам удастся растворить в воде. Если же это не получится, то попробуем использовать другие растворители в следующем порядке: разбавленную соляную кислоту, концентрированную соляную кислоту, разбавленную азотную кислоту, концентрированную азотную кислоту и, наконец, царскую водку (3 объемные части концентрированной соляной кислоты на 1 часть концентрированной азотной кислоты). Правда, в этом случае мы получим растворы, пригодные только для анализа катионов. Для анализа же анионов мы возьмем водный раствор или, если вещество не растворяется в воде, извлечем его раствором соды (карбоната натрия). Для получения такой содовой вытяжки около 0,5 г тщательно растертого в порошок вещества добавим к 25 мл раствора (2 г чистого для анализа карбоната натрия в 25 мл дистиллированной воды), нагреем до кипения и еще 10 минут будем греть на малом огне. При этом потерю воды из-за испарения нужно возместить добавлением такого же количества воды. Нерастворенный осадок отделим от вытяжки фильтрованием. Конечно, можно обойтись и значительно меньшим количеством вещества. Это вообще должно стать нашим правилом — обычно при выполнении качественных реакций нам хватит лишь нескольких капель раствора. Поэтому рекомендуется использовать в последующих опытах меньшие по размеру и более дешевые пробирки для полумикроанализа.

Обнаружение катионов

Ионы аммония NH₄. Если несколько крупинок соли аммония нагреть в трубке для прокаливания (стеклянной трубке, запаянной с одной стороны), то возгоняется белое вещество и ощущается запах аммиака. Запах будет сильнее, если к исследуемому веществу предварительно добавить кальцинированной соды.

Чтобы надежнее доказать присутствие иона аммония, на часовом стекле добавим к пробе вещества 2–3 капли разбавленного раствора едкого натра. Накроем это часовое стекло другим таким же стеклом (выпуклой стороной вверх). На внутреннюю поверхность верхнего стекла наложим увлажненную полоску красной лакмусовой бумаги, а на внешнюю — другую такую же полоску под углом к первой. Обе полоски образуют лакмусовый крест. При наличии в пробе иона аммония лакмусовая бумажка на внутренней стороне верхнего стекла синеет. Это обусловлено тем что щелочь, будучи сильным основанием, вытесняет более слабое основание — газообразный аммиак— из его солей (Реакции на нижнем стекле соответствует уравнение:

NH₄⁺ + ОН^- —> NH₃ + Н₂O

На верхнем стекле происходит обратная реакция. Верхнее стекло нужно подготовить заранее и накрыть им нижнее стекло сразу же после добавления щелочи, чтобы аммиак не успел улетучиться. Разумеется, лакмусовая бумажка на внутренней стороне верхнего стекла не должна касаться раствора на нижнем стекле, иначе она посинеет от щелочи, независимо от того, содержится ли в пробе ион аммония. — Прим. перев.).

Остальные катионы удобрений являются нонами металлов и их обнаружение было описано в этой книге раньше, в разделе, посвященном металлам.

Обнаружение анионов

Карбонат-ион СО₃^2-. В пробирке к пробе твердого вещества прильем разбавленную соляную или этановую (уксусную) кислоту. Пробирку закроем пробкой, в которую вставлена изогнутая в двух местах и оттянутая на конце трубка для отвода газа. Выделяющийся газ пропустим через известковую или баритовую воду. Выпадение осадка карбоната кальция или бария свидетельствует об образовании диоксида углерода.

Если исследуемого вещества слишком мало, то опыт нужно провести полумикрометодом, как указано в разделе «Опыты с диоксидом углерода».

Хлорид-ион Сl^-. 0,5–1 мл исследуемого водного раствора или содовой вытяжки подкислим разбавленной азотной кислотой и убедимся в том, что реакция стала кислой, с помощью синей лакмусовой бумажки. Затем добавим по каплям 1 %-ный раствор нитрата серебра. Выпадает творожистый белый осадок хлорида серебра (Если помутнение очень слабое, нужно проверить таким же образом, не вызвано ли оно присутствием следов хлорид-иона в воде, взятой для растворения исследуемого вещества или соды. — Прим, перев.).

Сульфат-ион SO₄^2-. Сульфаты обнаруживаются с помощьюраствора хлорида бария. Подкислим исследуемый раствор разбавленной соляной кислотой и по каплям добавим реактив.

При наличии сульфат-иона выпадает белый осадок сульфата бария.

Нитрат-ион NО₃^-. В пробирке подкислим 0,5 мл исследуемого раствора разбавленной серной кислотой, прильем 0,5 мл свежеприготовленного насыщенного на холоду раствора сульфата железа (II) и перемешаем. Наклонив пробирку, по стенке осторожно прильем пипеткой 1 мл концентрированной серной кислоты, так чтобы она образовала нижний слой и оба слоя не перемешивались. На границе двух слоев жидкости образуется темно-коричневое кольцо. Это сульфат нитрозожелеза (II) с формулой [Fe(NO)]SO₄. Иногда образованию кольца могут помешать хлораты, хроматы, иодиды, бромиды и другие ионы. Тогда пробу исследуемого вещества нужно вначале обработать кипящим этанолом, а затем уже проводить опыт.

Фосфат-ион РO₄^3-. Возьмем на кончике шпателя молибдат аммония (NH₄)₂MoO₄, растворим его в малом количестве воды и будем по каплям добавлять концентрированную азотную кислоту до тех пор, пока выпавший вначале белый осадок молибденовой кислоты не растворится снова. Затем подкислим исследуемый водный раствор удобрения малым количеством азотной кислоты и смешаем оба раствора. Образуется желтый осадок сложного комплексного соединения — фосфоромолибдата аммония. Если концентрация фосфат-ионов мала, то осадок образуется только при нагревании. Температура при этом не должна превышать 50 °C.

Другая качественная реакция основана на образовании уже описанного ранее магний-аммоний фосфата. Смешаем равные объемы разбавленных растворов хлоридов магния и аммония, добавим несколько капель концентрированного водного раствора аммиака и снова перемешаем. Если теперь к полученному раствору добавить несколько капель раствора фосфата и осторожно нагреть, то выпадет белый кристаллический осадок.

Обнаружению фосфат-ионов мешают многие примеси. Сведения об этом можно найти в учебниках по качественному анализу.

На этом нам придется закончить краткую экскурсию в область аналитической химии. Тот, кто захочет заняться анализом серьезнее — а это, безусловно, следует посоветовать каждому, кто хочет стать настоящим химиком — может обратиться ко многим специальным руководствам (См. например: С. А. Шапиро, М. А. Шапиро. Аналитическая химия, М., «Высшая школа», 1963.).

ХИМИЯ ПОМОГАЕТ СЕЛЬСКОМУ ХОЗЯЙСТВУ

Сегодня по полям ГДР движутся, разбрасывая удобрения, крупные туковые сеялки. С той же целью используются даже специальные самолеты, которые, облетая одну полосу за другой, обрабатывают огромные площади. Химическая промышленность из года в год увеличивает производство удобрений.

В результате сотрудничества агрономов, химиков и тружеников села появляются все новые методы удобрения почвы. Например, возникла идея обработки почвы жидким аммиаком. Однако, чтобы повысить урожайность, мало внести в почву удобрения и наладить правильный севооборот. Из-за сорняков и животных-вредителей урожай снижается до 75 % от того, который можно было бы получить. Раньше сорняки выпалывали, но в последние десятилетия для борьбы с ними все шире используются химические методы. Созданы десятки эффективных средств защиты культурных растений от разных врагов: гербициды (для борьбы с сорняками), фунгициды для борьбы с паразитическими грибками), инсектициды (с вредными насекомыми), акарициды (с клещами), нематоциды (с круглыми червями), овициды (с яйцами насекомых) и родентициды (с грызунами) (Все эти химические средства защиты растений, вместе взятые, называются пестицидами. Это слово происходит от латинских pestis — зараза и caedo — убиваю. — Прим. перев.).

Здесь можно было бы назвать сотни названий, под которыми от) поступают в продажу. За этими простыми и короткими названиями обычно скрываются сложные химические соединения. Многие из этих препаратов широко известны. В ГДР всем знакомы, например, «Муке», «Тинокс», «Вофатокс», «Bi-58 ЕС», «W-6685» (средство для борьбы с сорняками, снижающими урожай кукурузы) и НСН (инсектицид). Средства защиты растений производят в крупных масштабах многие народные предприятия ГДР — химические заводы в Биттерфельде, Берлине, Магдебурге, Карл-Маркс-Штадте и Лёйне.

Изготовим инсектицид

Активный компонент выпускаемого в ГДР инсектицида «НСН» — гексахлорциклогексан знаком многим (Немецкое название препарата получено сокращением названия Hexachlorzyklohexan.

В СССР ему соответствует препарат линдан. — Прим. перев.). Он образуется в результате присоединения хлора к бензолу на солнечном свету или при облучении лампой с рефлектором мощностью не менее 200 Вт.

Для получения этого инсектицида пропустим через бензол газообразный хлор. Мы получим его в приборе для выделения газа, добавляя по каплям соляную кислоту к перманганату калия. Хлор введем в пробирку с бензолом, имеющую в верхней части отвод. Трубка для введения хлора должна быть вставлена в пробку, закрывающую пробирку, и доходить почти до дна пробирки. Боковой отвод пробирки с помощью изогнутой трубки соединим с обратным холодильником. Последний нужен для возвращения испаряющегося бензола в сферу реакции. Пробирку погрузим в стакан с холодной водой и постараемся, чтобы температура вначале повышалась не слишком быстро, а потом поддерживалась в пределах 50–60 °C (бензол кипит при 80,5 °C).

Прибор установим на открытом воздухе или в вытяжном шкафу. Опыт нельзя проводить в комнате, потому что из обратного холодильника в воздух выделяется довольно много хлора. Пробирка, в которой идет реакция, должна находиться на солнце. В пасмурные дни ее нужно освещать лампой мощностью 200 Вт. Через 15–20 минут на трубке для введения хлора появятся первые кристаллы. Когда образуется достаточно кристаллов, прекратим хлорирование, отфильтруем осадок от избыточного бензола и высушим его на фильтровальной бумаге.

Полученный нами препарат представляет собой, впрочем, смесь нескольких пространственных изомеров, обладающих неодинаковой активностью. Для проверки растворим немного вещества в этаноле, трихлорметане (хлороформе), бензоле, тетрахлорметане (четыреххлористом углероде) или диметилбензоле (ксилоле). Пропитаем этим раствором полоску фильтровальной бумаги и поместим ее в стакан, в котором находятся несколько мух. Уже через несколько минут после того, как первая муха прикоснется к ядовитой бумаге, мы увидим, удался ли наш опыт.

Удобрения и пестициды позволяют резко увеличить производство сельскохозяйственных продуктов и сократить потери урожая. Но ими не исчерпывается помощь, которую химики оказывают сельскому хозяйству. Недавно были открыты многие новые препараты, которые станут ценным подспорьем для тех, кто трудится на полях и животноводческих фермах.

Животноводам помогают выполнить план по приросту поголовья скота антибиотики, которые защищают молодняк от инфекций. Кроме того, в корм животным добавляют витамины, способствующие их росту.

Сбраживая сульфитный щелок — отход целлюлозно-бумажной промышленности — получают кормовые дрожжи с высоким содержанием белка и витаминов.

В ближайшем будущем благодаря совместной работе исследователей Советского Союза и ГДР станет возможным промышленное производство белково-витаминного концентрата для питания животных. Предполагается производить этот продукт из нефти и природного газа под действием микроорганизмов. Тогда будет восполнен недостаток в концентрированных кормах и сделан решающий шаг на пути внедрения в сельское хозяйство промышленных методов.

Крупный рогатый скот может использовать для синтеза белков в своем организме мочевину и соединения аммония. Поэтому все чаще эти вещества (а также синтетические аминокислоты и белки) добавляют к кормам.

При хранении кормов зимой огромную пользу приносят химические консервирующие средства (препараты для силосования) и вещества, задерживающие прорастание картофеля.

В социалистических странах труженики сельского хозяйства и химической промышленности плечом к плечу борются за выполнение грандиозных планов строительства социализма и коммунизма, за изобилие продуктов питания. Можно не сомневаться в том, что очень скоро в практику будут внедрены еще более эффективные химикаты нового типа, которые сегодня находятся в стадии исследования. Над созданием этих препаратов трудятся химики в исследовательских лабораториях и агрономы на опытных участках.

Читая эти строки, нельзя не вспомнить о том, что химическая промышленность империалистических стран производит множество химических соединений для ведения войны. Такое оружие уже использовали США против народа Вьетнама. К числу отравляющих веществ относятся, в частности, яды нервно-паралитического действия — зоман, зарин, табун, диизопропилфторфосфат (ДФФ) — и ряд ядов для растений, или так называемых фитотоксических отравляющих веществ (от греческих слов phyton — растение и toxin — яд). Последние относятся к группе гербицидов. Фитотоксические вещества могут вызвать, например, опадение листьев.

Еще в 1936 г. немецкий химик Шрадер — сотрудник концерна «ИГ-Фарбениндустри» — синтезировал так называемый табун — этиловый эфир диметиламидоцианфосфорной кислоты. Шрадер получил его в процессе поиска активных инсектицидов и обнаружил его высокую токсичность для теплокровных животных. В фашистской Германии табун сразу был испытан в качестве химического оружия, и с 1943 г. было развернуто его промышленное производство в крупных масштабах, И если фашисты так и не использовали его, то они руководствовались при этом, конечно, не гуманными побуждениями. Только страх перед возмездием, стремительное отступление и разгром фашистских армий помешали их главарям пустить в ход химическое оружие. У нас есть все основания надеяться, что и в будущем единая воля всего миролюбивого человечества обуздает тех, кто хотел бы втянуть народы в пучину химической, биологической или атомной войны.

8. Арсенал юного химика

ЧТО НАМ ПОНАДОБИТСЯ?

При выполнении описанных в этой книге опытов мы обойдемся без громоздкого и дорогого лабораторного оборудования. Понадобятся лишь скромно оснащенное рабочее место, дешевые приборы и ограниченный набор химических реактивов. Тем не менее нужно заранее тщательно продумать, как лучше оборудовать свою лабораторию. Только при этом условии нам удастся с самого начала обеспечить строгое выполнение правил техники безопасности, особенно тех, которые связаны с предотвращением пожара.

Во избежание, с одной стороны, лишних расходов, а, с другой стороны, обычно раздражающего во время работы отсутствия под рукой необходимых вещей, необходимо, чтобы все оборудование точно соответствовало нашим требованиям. Тот, кто приходит в магазин, не решив заранее, что ему понадобится, часто зря тратит деньги на покупку сложных и ненужных приборов, забывая при этом купить незаменимые и простые вещи. Многое из того оборудования, которое работающие в лабораториях специалисты-химики получают со склада и которое производится специально для этих целей, мы сможем, ничего не проигрывая при этом, заменить предметами домашнего обихода. Кое-что нетрудно изготовить и самим.

Так же обстоит дело и с химическими реактивами. Вместо коллекционирования дорогостоящих экзотических реактивов и, разумеется, ядов мы начнем работать с небольшим, разумно подобранным набором наиболее употребительных реактивов. Заранее продумаем, сколько каких реактивов нам понадобится. Для правильного хранения и обращения с ними нужно знать, насколько они опасны. Об этих и других подобных вопросах пойдет речь в данной главе. Мы надеемся, что каждый посетитель добросовестно изучит эту главу, которая, хотя и служит приложением к книге, но тем не менее содержит очень важные сведения.

РАБОЧЕЕ МЕСТО

Многие посетители будут проводить опыты в коллективе — в школьном химическом кружке, во Дворце пионеров, на станции юных техников и т. д. Как правило, в распоряжении у них будет лаборатория, оборудованная специалистами. Поэтому советы, как лучше организовать свое рабочее место, адресованы только тем юным химикам, у которых нет такой возможности и которые поэтому хотят самостоятельно заняться химическими опытами дома — одни или вместе с небольшой группой товарищей. Для наших целей, как правило, подойдет любой уголок в жилом доме или пристройке, однако при непременном соблюдении нескольких условий. Прежде всего, выбранное помещение не должно иметь дощатых стен или использоваться одновременно для хранения легковоспламеняющихся материалов. Поэтому проводить химические опыты в деревянном сарае, на чердаке, в гараже и т. д. было бы преступным легкомыслием и, разумеется, категорически запрещено.

При многих опытах могут выделяться неприятно пахнущие, едкие или даже ядовитые газы и пары, поэтому рабочее место должно хорошо проветриваться. Оно должно быть расположено вблизи окна, которое во время работы следует открыть. Часто при проведении опытов целесообразно обеспечить сквозное проветривание. Обычно при описании опытов, сопровождающихся сильным выделением газов и паров, в этой книге указано, что их нужно проводить в вытяжном шкафу или на открытом воздухе. Для таких опытов удобны лоджии (В домашних условиях можно использовать для вытяжки кухонный вентилятор — Прим. перев.).

Конечно, очень желательно, чтобы вблизи от рабочего места был подвод воды и газа, а при использовании электроплиток — штепсельная розетка (В домашних условиях без подвода газа во многих случаях можно обойтись — Прим. перев.). Подводить газ по длинному резиновому шлангу недопустимо, а использование слишком длинного шланга для воды тоже может привести к неприятным последствиям. Для опытов с кратковременный водяным охлаждением можно приспособить большой бак с водой, установив его на достаточной высоте. Вода из бака должна попадать в установку через сифон. Вытекающую из холодильника воду собирают в другой бак, стоящий на полу. Разумеется, при такой системе охлаждения нужно позаботиться о своевременном заполнении верхнего бака.

Теперь, когда вместе с родителями удалось выбрать подходящее место для работы, можно заняться его оборудованием. Чтобы не повредить мебель и другие вещи, оборудуем себе скромное по размерам, но постоянное место для опытов. Если найдется угол и свободный старый стол, пусть он и будет постоянным лабораторным столом. Если же опыты придется проводить на столе, который в другое время должен служить для других целей, то понадобится специальная доска, чтобы класть на него во время опытов. Можно взять любую деревянную доску (например, крышку от старого кухонного стола) и приспособить ее для работы точно так же, как крышку обычного лабораторного стола (см. ниже).

Как оборудовать лабораторный стол

Нас устроит любой старый стол с крышкой не меньше 1 м².

Прежде всего тщательно проверим его на устойчивость: если он качается, опыты могут плохо кончиться.

Важнее всего хорошо оборудовать крышу стола. Покрытие для лабораторного стола должно быть устойчивым к кислотам и, как правило, к высокой температуре. Кроме того, у крышки должны быть слегка возвышающиеся бортики, чтобы пролитая жидкость не могла стекать вниз. Для этого к краям крышки прибьем деревянные рейки. Затем обработаем ее жидким стеклом (раствором силиката натрия), чтобы уменьшить опасность воспламенения дерева. Для покрытия лучше всего взять кусок линолеума. Прибьем его маленькими гвоздиками по краям или приклеим клеем для обуви. Не нужно укреплять покрытие слишком прочно: возможно, через некоторое время его придется заменить. Швы на стыках кусков линолеума можно заварить кусочками поливинилхлорида из плитки для пола или пленки.

В результате верхняя часть стола приобретает форму большой кюветы. Она стойка к кислотам и негорюча, но не выдержит высокой температуры. Поэтому половину поверхности стола защитим дополнительно, проложив между линолеумом и деревянной крышкой кусок тонкого листового железа или алюминия. Еще лучше использовать для той же цели прокладку из асбестового картона. Горелка при длительной нагревании должна быть изолирована от крышки стола. Поэтому будем ставить ее на кафельную плитку или кирпич, которые всегда нужно иметь наготове.

Новые лабораторные столы обычно покрывают декоративным бумажно-слоистым пластиком (ДБСП). Он очень прочен и окрашен в светлые чистые тона. Его окраска прочна к свету и другим воздействиям. Кроме того, этот материал устойчив по отношению ко многим химическим реактивам. Он огнестоек и отлично выдерживает нагревание.

Листы из этого материала можно купить в хозяйственных магазинах или магазинах строительных материалов в любом крупном городе (Хорошим покрытием для стола могут служить также многие другие пластики. Наиболее стойкие к действию кислот и щелочей фторопласты. Прежде чем приобрести большой лист пластика, целесообразно предварительно испытать маленький кусочек его на механическую прочность и особенно на стойкость к кислотам, органическим растворителям и нагреванию — Прим. перев.).

Чтобы работать было удобнее, можно пристроить к столу полку для хранения всех необходимых под рукой предметов. Сбоку от нее, как показано на рисунке, можно укрепить колышки для сушки посуды. Под столом будем держать пластмассовое ведро или глиняный горшок для отходов химических реактивов, стекла, фильтровальной бумаги и т. д. Концентрированные кислоты и щелочи нельзя выливать в раковину, а отходы химических реактивов ни в коем случае нельзя выбрасывать в ведро для обычного мусора.

Что всегда нужно иметь под рукой

Одни защитные очки (а если опыты проводят вместе с товарищами, то защитные очки для каждого). На приобретении очков ни в коем случае нельзя экономить. Темные очки для защиты от солнца не подойдут, потому что они не защищают глаз сбоку.

Промывалка, всегда заполненная водой. С помощью промывалки можно, например, быстро удалить попавшие на кожу брызги кислоты.

Небольшое количество перевязочных материалов, перечень которых приведен на внутренней стороне переплета в конце книги в таблице под названием «Первая помощь при несчастных случаях».

Бутылки с 3 %-ным уксусом и 3 %-ным раствором питьевой соды (гидрокарбоната натрия). Если немного кислоты или щелочи прольется, то с помощью этих растворов их можно быстро нейтрализовать. Этикетку на склянке с уксусом обведем красным лаком, а на склянке с содой — синим.

Склянка с 5 %-ным раствором сульфата меди. Эта соль служит быстродействующим рвотным средством при отравлении.

Достаточно большой сосуд (бак, ведро или стеклянная банка) с водой для гашения огня. Ящик с песком и совок.

Щипцы, чтобы держать горячие предметы (тигельные щипцы, щипцы для углей, не слишком маленькие ухватики и т. д.).

Тряпки для вытирания стола, фильтровальная бумага.

Штативы. Для закрепления приборов непременно понадобится один или несколько штативов. Надежное крепление особенно важно при работе с крупной посудой. Оно помогает сохранить ценные приборы и в значительной мере способствует безопасному и успешному выполнению опыта.

В продаже имеются штативы различной величины. Они состоят из железной подставки и ввинченного в нее стержня. В комплекте со штативом продаются лапки, муфты для лапок, кольца разных типов и величины и другие принадлежности. Однако нетрудно самим изготовить штатив, который позволит достаточно надежно закреплять и крупную посуду. Для этого от толстой широкой доски отпилим кусок, длина которого равна ширине крышки лабораторного стола — так, чтобы он упирался в ее бортики. Эту доску, как обычно, несколько раз обработаем жидким стеклом.

Затем, как показано на рисунке выше, вставим в нее и надежно закрепим три железных стержня толщиной около 10 мм и длиной от 60 см до 1 м. Укрепить их можно, например, с помощью винтовой резьбы на концах стержней и гаек. Конечно, толстые металлические стержни лучше всего. Однако можно заменить их и трубками, например из карнизов для штор или трубками для торшера. К этим вертикальным стержням прикрепим два горизонтальных, чтобы штатив был устойчивее. Проще всего связать стержни проволокой. В месте, где будет намотана проволока, напильником сделаем насечку, чтобы она не соскакивала. На полученной сетке из стержней можно закрепить купленные в магазине муфты с лапками и кольцами. Тот, кто умеет мастерить, сможет, конечно, изготовить и самодельные лапки. Собранный штатив прикреплен к крышке лабораторного стола двумя винтовыми зажимами (струбцинами) или винтами с барашковыми гайками.

Конечно, на оборудование рабочего места уйдут труд и время. Но эти затраты с лихвой окупятся большей надежностью в работе и экономией времени при сборке приборов.

ПРОСТОЕ ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Ниже приведен полный перечень оборудования, необходимого для проведения опытов, описанных в этой книге. Хотя он и длинный, пугаться не надо: подавляющее большинство опытов можно выполнить, пользуясь самыми простыми подручными средствами. Ограничимся приобретением лишь самого доступного лабораторного оборудования, которое нам безусловно понадобится. Не стоит заводить слишком много посуды. Гораздо выгоднее вместо колбы недостаточной вместимости иметь вдвое большую, и можно обойтись без множества колб разного размера. Пробки нужно подобрать лишь такие, чтобы они подходили к имеющимся у нас колбам, а отверстия в пробках должны соответствовать диаметру имеющихся стеклянных трубок.

Простая стеклянная посуда

Пробирки применяются чаще всего; это самая незаменимая разновидность стеклянной посуды. Мы рекомендуем приобрести 10–50 пробирок обычно величины (диаметром 16 и длиной 160 мм). Нужно иметь также не менее пяти пробирок из тугоплавкого стекла.

Пробирки для полумикроанализа меньше по размерам и дешевле. Проведение опытов в таких маленьких пробирках позволяет экономить реактивы.

Почти незаменимы пробирки с боковым отводом. Целесообразно приобрести три таких пробирки диаметром 16 и длиной 160 мм и столько же пробирок для полумикроанализа с боковым отводом.

Стеклянные трубки из простого легкоплавкого стекла постоянно будут нужны для соединения сосудов. Трубок с внутренним диаметром 4–5 мм купим не менее 3 метров. Кроме того, нам понадобится 40 см трубки с внутренним диаметром 10–12 мм. Из нее можно будет нарезать кусочки для соединения более широких резиновых шлангов.

При прокаливании некоторых веществ понадобятся трубки из тугоплавкого стекла. Достаточно будет трех таких трубок длиной по 4 0 см. Внутренний диаметр их должен быть около 16 мм. В крайнем случае их можно заменить обрезками стальной трубы. Для некоторых опытов нужна будет трубка из тугоплавкого стекла диаметром 25 мм и длиной 40 см. Ее можно заменить стеклом для керосиновой лампы.

Стеклянные палочки. Для перемешивания жидкостей нам понадобится их от 3 до 6, толщиной несколько миллиметров и длиной 20–30 см.

Часовые стекла очень нужны при исследовании кристаллов и вообще при работе с малыми количествами реактивов, в частности при выполнении капельных цветных реакций.

Тройники и воронки. Два тройника из стеклянной трубки с внутренним диаметром 4–5 мм позволят нам разветвлять резиновые шланги.

Для переливания жидкостей и для фильтрования понадобятся три стеклянные воронки диаметром 30, 40 и 150 мм.

Химические стаканы. Два на 100 мл (высокие, с носиком), один на 250 мл (низкий, с носиком) и один или два на 600 мл (низкие, с носиком).

Колбы. Наиболее распространены колбы Эрленмейера (конические), а также круглодонные и плоскодонные колбы. Читателям лучше всего приобрести следующие колбы, которые в большинстве опытов будут взаимозаменяемыми.

Колбы Эрленмейера: 3–5 штук вместимостью 300 мл (из них не меньше двух с широким горлом), 1–2 штуки вместимостью 500 мл (с узким горлом).

Круглодонные или плоскодонные колбы: две вместимостью 50 мл (с коротким горлом) и две вместимостью 250 мл (с длинным горлом).

Приобретая колбы, нужно предпочитать те, которые сделаны из иенского стекла, так как они более устойчивы при нагревании (Наряду с колбами и стаканами из иенского стекла удобна для работы и более распространена в наших лабораториях посуда из пирекса — тугоплавкого стекла, которое отличается высокой механической прочностью и термической устойчивостью — Прим. перев.).

Реторты. На протяжении многих столетий реторты были символом химии, однако в наши дни их вытеснила посуда со шлифами, и они вышли из моды. Поскольку для нас эта посуда слишком дорога, а соединения на резиновых пробках нельзя применять при работе с разрушающими резину веществами, в таких опытах мы воспользуемся ретортой на 250 мл. Если реторт не окажется в продаже, то можно заказать их стеклодуву, который, скорее всего, не откажется выполнить такой заказ.

Цилиндры понадобятся нам для собирания газов. Нам хватит двух цилиндров высотой 15 см. Впрочем, их вполне можно заменить бутылками.

Большой сосуд из стекла понадобится нам при работе с газами, в частности как пневматическая ванна. Кроме того, такой сосуд удобно подставлять снизу при проведении рискованных опытов, когда может треснуть стекло. Подойдет маленький аквариум, но можно заменить его пластмассовой кюветой для фотографии, а также пластмассовой или эмалированной миской.

Фарфоровая посуда

Так же как и тонкостенная стеклянная посуда, тонкостенная посуда из фарфора не боится нагревания.

Выпарительные чашки нужны для упаривания растворов. Одна, две диаметром 60 мм и одна диаметром 100 мм.

Тигли незаменимы для прокаливания твердых веществ, плавления металлов и т. д. Нам понадобятся два диаметром 30 мм (с крышками) и один диаметром 50

Ступки с пестиком служат для измельчения твердых веществ. Кроме того, целесообразно приобрести так называемую ступку Фрайбергера. Это плоская маленькая ступка, которая очень удобна для работы с полумикроколичествами.

Иногда можно обойтись вместо лабораторной ступки старой кухонной ступкой или просто металлической пластиной и молотком.

Лодочки. Их нужно иметь одну — две.

Мерная посуда

При всех точных опытах количества веществ следует отмеривать объемным или весовым методом.

Мерные цилиндры позволяют быстро, хотя и не очень точно измерить объем жидкости. Для наших целей они вполне подойдут (один на 10 мл и один на 250

Пипетки. Для очень точного измерения объемов жидкости химики используют пипетки и мерные колбы. Пипетками называют калиброванные, обычно с расширением посредине стеклянные трубки, в которые жидкость засасывают ртом или (при работе с кислотами или ядами) с помощью резиновой груши, а также других приспособлений (Удобно набирать жидкость в пипетку с помощью шприца без иглы, соединенного с пипеткой кусочком резинового шланга. Другие приспособления описаны в книге: Л.Н.Захаров. Начала техники лабораторных работ. Л., «Химия», 1981 г — Прим. перев.). У обычных пипеток (пипеток Мора) в верхней части имеется единственная метка, до которой нужно набирать жидкость. Градуированные пипетки имеют шкалу с делениями, но они менее точны. Нам понадобится градуированная пипетка на 10 мл для измерения малых объемов жидкости. Внимание! При калибровке пипетки учитывают объем жидкости, вытекающий при легком соприкосновении кончика пипетки с горлом сосуда. Поэтому при пользовании пипеткой не следует выдувать из нее остаток жидкости!

Бюретка. Бюретка представляет собой градуированную стеклянную трубку с притертым краном и служит для точного измерения расхода жидкости при титровании. Вначале мы сможем обойтись без бюретки и при наличии опыта заменить ее градуированной пипеткой. Если читатель сможет себе это позволить, то лучше всего приобрести бюретку на 25 мл. Цена простой бюретки невысока. Разумеется, бюретки высокого класса точности намного дороже.

Термометры

По возможности нужно приобрести ртутный термометр от 0 до 360 °C. Однако для большинства опытов подойдет и более дешевый термометр до 120 °C. В опытах, которые проводятся при охлаждении, можно использовать термометр, служащий для измерения температуры за окном.

Весы

Химия стала точной наукой лишь после того, как Лавуазье и другие химики применили очень точные весы. Безусловно, простые весы необходимы и для наших опытов. Нам понадобится взвешивать от 100 мг до 50 г. Поэтому даже чувствительные кухонные весы для наших целей слишком грубы. Почтовые весы для взвешивания писем и бандеролей тоже недостаточно чувствительны. Очень хорошо подойдут ручные или аптечные весы с чашками, чувствительность которых достигает 10 мг. Их можно подвесить на любом штативе. Однако эти весы не дешевы. При наличии сноровки и умения преодолевать трудности можно попытаться изготовить простые весы самостоятельно.

Горелки, электроплитки и принадлежности к ним

Успех многих опытов зависит от правильного выбора нагревательных приборов. Классический нагревательный прибор химиков — горелка Бунзена. При наличии бытового газа можно купить их одну или две. Газовая горелка Ландманна обеспечивает минимальный расход газа и удобна при работе с малыми количествами веществ.

Принцип действия бунзеновской горелки хорошо знаком всем из школьного курса. Самое горячее пламя получается при полностью открытом доступе воздуха. Наиболее высокая температура в верхней части средней, несветящейся зоны пламени.

Если подача воздуха слишком велика или недостаточно давление газа в сети, то пламя "проскакивает". При этом газ горит со свистом внутри горелки, и сама горелка очень сильно разогревается; может загореться и газоподводящий резиновый шланг. Поэтому за работающей горелкой все время нужно следить. При проскоке пламени необходимо немедленно закрыть газовый кран, дать горелке остыть и только после этого зажечь ее снова при уменьшении доступа воздуха.

Для нагревания трубок очень удобна насадка со щелевидным отверстием, дающая широкое пламя. Большую посуду — стаканы, колбы — можно быстро нагреть на кухонной газовой плитке. Возможно удастся найти ненужные старые нагревательные приборы. Если в доме нет газовой сети, можно использовать спиртовые, пропановые или бензиновые горелки. Особенно удобны поступающие в продажу горелки, предназначенные для туристов — примусы и т. п. В продажу поступают и такие спиртовые и бензиновые горелки, которые предназначены именно для лабораторных работ, но они не дешевы. При работе с любыми нагревательными приборами нужно очень точно соблюдать правила безопасного обращения с ними, приведенные в прилагаемой к ним инструкции.

Электронагревательные плитки лучше всего подходят для нагревания до не слишком высоких температур. Разумеется, мы будем использовать только плитки с закрытым нагревательным элементом, которые содержатся в хорошем состоянии, с надежно изолированными проводами (В домашних условиях подавляющее большинство опытов, описанных в этой книге, можно провести с помощью закрытых электроплиток достаточной мощности. Когда потребуется голый огонь, например при изучении поведения пробы пластмассы в пламени, можно воспользоваться стеклянной спиртовкой. Во всех случаях, когда это не вызвано необходимостью, следует избегать использования в домашних условиях газовых горелок, так как работа с ними менее безопасна. Кухонную плиту можно использовать только для безопасной подготовительной работы, например нагреть воду для бани. Кроме того, плита годится, хотя и не очень хорошо, для сгибания стеклянных трубок. — Прим. перев).

Непосредственно на голом огне можно нагревать только пробирки, стеклянные трубки и тигли. При нагревании колб, стаканов и другой химической посуды нужно отделить сосуд от пламени проволочной асбестированной сеткой, которую, в зависимости от условий опыта кладут на треногу или на укрепленное в штативе кольцо со стержнем.

Фарфоровый тигель при нагревании вставляют в фарфоровый треугольник. Приобретая треугольник, проверим, что он подходит к тиглю (Треугольник изготовлен из трех насаженных на проволоку фарфоровых трубок. Его легко можно сделать самостоятельно, купив фарфоровые или другие подобные трубки в магазине электротоваров. — Прим. перев.).

Крупную посуду обычно нагревают осторожно, с помощью водяной или песочной бани. При этом не только уменьшается вероятность разбить посуду, но и обеспечивается более точное соблюдение заданной температуры. Водяные бани для маленьких колбочек и выпарительных чашек легко можно смастерить из старых жестяных консервных банок, но можно использовать для этого и термостойкие стаканы (Обычно для этой цели используют алюминиевые или эмалированные кастрюли. — Прим. перев.). Песочной баней нам послужит старая сковородка или кастрюля, в которую нужно насыпать по возможности тонкий песок. Толщина слоя песка должна быть 2–3 см. Нагреваемый сосуд ставится непосредственно на песок. Существенно, что песочная баня долго удерживает тепло, и в результате колба, стоящая на такой бане, остывает очень медленно.

Стеклянная тара

Нам понадобится много бутылок и банок самой различной величины для хранения реактивов, а иногда и для использования во время опытов. Можно сэкономить немало денег, если собрать освободившиеся бутылки и банки из-под лекарств, хотя придется повозиться, чтобы тщательно отмыть их. Лучше всего вымыть эту посуду горячей водой с применением песка, ершей и обычных подручных средств, используемых для мытья кухонной посуды.

Бутылками же из-под молока, пива и вина мы совсем не будем пользоваться, чтобы наверняка не перепутать химические реактивы с продуктами питания (хранение реактивов в такой посуде запрещено законом!).

Для большинства жидкостей годятся простые стеклянные бутылки с корковыми или завинчивающимися пробками. При хранении чистых органических веществ рекомендуется завернуть пробку в алюминиевую фольгу. Реактивы, которые понадобится добавлять по каплям (индикаторы), будем хранить в маленьких бутылочках из-под лекарств, снабженных приспособлением для выливания по каплям (например, бутылочки из-под санорина или других лекарств для закапывания в нос). Приобретем капельницу на 30 мл из коричневого стекла с завинчивающейся пробкой, в которую вставлена стеклянная пипетка с резиновым баллоном (Подобную капельницу легко сделать самостоятельно из пенициллиновой бутылочки, просверлив резиновую пробку к ней и вставив в нее обычную аптечную пипетку. — Прим. перев.).

Если реактивы сильно разъедают корковые пробки или алюминиевую фольгу (щелочи, многие кислоты), то их надо закрывать резиновыми или полиэтиленовыми пробками.

Концентрированные минеральные кислоты и другие агрессивные химические реактивы нужно хранить в бутылках или банках с притертыми стеклянными пробками. Еще лучше для этих целей полиэтиленовые бутыли. В последнее время их становится в обиходе все больше. Эти бутыли хороши тем, что не бьются и устойчивы к действию всех наиболее употребительных химических реактивов, за исключением концентрированной серной кислоты.

Твердые вещества трудно насыпать в бутылки с узким горлом, к тому же их трудно потом извлечь. Поэтому такие вещества мы будем, как правило, хранить в банках с широким горлом и завинчивающейся пластмассовой крышкой.

Безусловно необходимо снабжать все бутылки и банки четкими, устойчивыми при длительном хранении этикетками, а для ядовитых веществ, кроме того, знаком опасности. (Чреватую самыми серьезными последствиями опасность перепутать химические реактивы с продуктами питания или друг с другом можно исключить только при соблюдении простого правила: в лаборатории ни одной минуты не должно быть ни одной бутылки или банки без четкой этикетки! Нарушение этого правила неопытными химиками не раз приводило к несчастным случаям. Этикетки можно быстро приклеивать с помощью полиэтиленовой ленты с липким слоем. — Прим. перев.).

Вспомогательные приспособления

Пробки. Нам понадобятся резиновые и корковые пробки разного диаметра. Резиновые пробки дороже, но они незаменимы, когда приходится собирать сложную установку, а также при работе с агрессивными химическими реактивами. Пробки всегда должны быть хорошо подогнаны. Нарушение этого правила — применение такой пробки, которая утоплена в горле сосуда или вставлена неплотно — одна из самых распространенных причин несчастных случаев в лабораториях.

Поэтому при покупке необходимо внимательно выбрать пробки нужного размера. Периодическое смазывание глицерином позволяет дольше сохранить резиновые пробки в эластичном состоянии. Часть резиновых и корковых пробок нужно просверлить — пробки с одним, двумя и тремя отверстиями понадобятся нам для того, чтобы вставлять в них стеклянные трубки. Для этого нам хватит набора из трех сверл для пробок. Можно и самостоятельно изготовить такое сверло, заострив любую металлическую трубку (например, из карнизов для штор) с помощью круглого напильника. Для резиновых пробок очень удобны быстродействующие сверла типа бормашины. Заранее просверлим также кружки из листового металла — такие шайбы понадобятся для защиты резиновых пробок при высокой температуре.

Шланги. Нам потребуется несколько метров тонкостенного резинового шланга для соединения стеклянных трубок. Он должен давать с ними плотное соединение. Кроме того, нужны толстостенные резиновые шланги для подвода газа и воды. Требуемое количество этих шлангов зависит от расстояния до источника газа или воды.

Зажимы. Понадобится не менее двух зажимов, из них один винтовой.

Шпатели, ложки, щипцы. Шпатель лучше всего сделать самим. Для этого расплющим молотком оба конца толстой алюминиевой или стальной проволоки и подравняем края, как показано на рисунке.

Для пересыпания химических реактивов используем пластмассовую ложку. Для пробы на сгорание подойдет старая металлическая ложечка. Ручку ее отогнем вертикально вверх и нарастим проволокой.

Щипцы и пинцеты помогут нам избежать ожогов. Приобретем тигельные щипцы длиной 20 см, а также угольные щипцы, пассатижи и пинцет.

Ерши. Нужны маленькие ерши для мытья пробирок и большие для колб, бутылок и другой химической посуды. При использовании старых ершей с голым металлическим концом пробирки часто бьются.

Трехгранный напильник понадобится для разрезания стеклянных трубок.

Фильтровальная бумага нужна в лаборатории не только для фильтрования, но и в качестве подстилки или для впитывания пролитой на стол жидкости. Приобретем 10 листов фильтровальной бумаги. Из нее мы сможем вырезать круглые бумажные фильтры, не покупая их готовыми. Для грубого фильтрования иногда можно использовать металлический фильтр от кофеварки (Предметы домашнего обихода, использованные для химических опытов, нельзя применять затем для приготовления пищи. — Прим. перев.).

Палочки из жженой магнезии. Огнеупорные палочки из магнезии понадобятся при исследовании окрашивания различных веществ в пламени и для опытов с перлом буры, Для начала нам хватит десятка. Можно заменить их проволочками, на которых держится нить в лампах накаливания. Эти проволочки лучше всего вынуть из перегоревших ламп, желательно большого размера.

Синее стекло понадобится нам для наблюдения за окраской пламени (при обнаружении ионов калия).

Штативы для пробирок бывают в продаже деревянные и металлические. Последние дороже, зато служат очень долго (Удобнее штативы из пластмассы — Прим. перев.). Кроме того, всегда нужно иметь наготове два кусочка резинового шланга длиной 1–2 см, разрезанных продольно. Надев эти кусочки шланга на кончики большого и указательного пальцев правой руки, мы сможем брать горячие предметы, не опасаясь ожогов.

Паяльная трубка понадобится нам для того, чтобы направить горячее пламя на поверхность очень малой площади.

Разумеется, мы перечислили не все вспомогательные приспособления, которые полезно заранее приготовить. Нам понадобятся еще ножницы, всякая проволока, древесная стружка, простые деревянные дощечки в качестве подставок, а также дощечки с отверстиями или деревянные ящички, которые можноприспособить вместо штативов для пробирок. Кроме того, пригодится подставка для стеклянной воронки, используемая при фильтровании, которую легко можно выгнуть из толстой проволоки, черепки фарфора или другой керамики, большой кусок древесного угля и стеклянная вата.

Химическая посуда специального назначения

Холодильники. Не только при перегонке, но и вообще при нагревании для конденсации паров требуются холодильники. Для охлаждения в них обычно применяется проточная водопроводная вода. Кроме того, для дополнительного охлаждения приемник при перегонке погружают в охлаждающую баню.

Стеклянные холодильники состоят из внутренней трубки и окружающей ее рубашки или муфты. Внутренняя трубка у холодильников Либиха (прямых холодильников) прямая, а во многих холодильниках более новых типов состоит из шарообразных расширений или имеет форму змеевика. Такая форма позволяет увеличить поверхность охлаждения. Через рубашку должна проходить охлаждающая вода.

Можно изготовить самодельный холодильник, вставив узкую стеклянную трубку в более короткую широкую стеклянную трубку с помощью двух резиновых пробок с двумя отверстиями в каждой. Во второе, свободное отверстие в каждой из пробок вставим по короткой изогнутой стеклянной трубке. Надев на них шланги, можно пропустить через рубашку воду. В любой холодильник вода всегда должна поступать снизу, чтобы рубашка была заполнена водой.

При выполнении опытов, описанных в этой книге, удобен простой и эффективный холодильник собственного изготовления. Сделать его легко достаточно просто намотать спиралью тонкую свинцовую трубку на охлаждаемую стеклянную трубку и с помощью резиновых шлангов подключить свинцовый змеевик к водопроводному крану. Благодаря высокой теплопроводности свинца при этом обеспечивается эффективное охлаждение. Особое преимущество такого холодильника заключается в том, что его очень легко соединить с другими частями любой установки. В качестве свинцовой трубки можно взять оболочку свинцового телефонного кабеля, вытащив из нее содержимое. Нам понадобятся два обрезка кабеля длиной 0,5–1 м. Такие отходы нередко остаются при работах на линиях телефонной сети.

Капельная и делительная воронки. Капельную воронку сделаем из обычной стеклянной воронки и стеклянной трубки. Соединим их кусочком резинового шланга и наденем на него винтовой зажим.

Для разделения несмешивающихся жидкостей удобна делительная воронка. Нам понадобится воронка вместимостью 100 мл. Можно также разделять жидкости в капельной воронке или в пробирке, многократно сливая верхний слой или отбирая соответствующий слой пипеткой.

Промывные склянки. Для очистки и пропускания газов приготовим несколько промывных склянок очень простой конструкции. Каждая из них будет представлять собой пробирку, в которую вставлена пробка с двумя изогнутыми стеклянными трубками. Удобнее пробирки с боковым отводом, в которые достаточно вставить пробку лишь с одной изогнутой стеклянной трубкой. Эту трубку вставляют в пробку, разумеется, длинным коленом. Пробки нужно вставлять в пробирки как можно плотнее, чтобы они не выбивались при избыточном давлении. Лучше всего прикреплять их к пробиркам проволокой.

Промывалки. Нам понадобятся две промывалки. В одну из них нальем водопроводную воду, а в другую — дистиллированную или чистую дождевую воду. Можно приобрести готовую промывалку или взять полиэтиленовую бутылку и закрыть ее пробкой со вставленной в нее стеклянной трубкой, согнутой в верхней части. Сжимая бутылку, мы можем выдавливать из промывалки требуемое количество воды. Такая промывалка лучше обычно применяемой стеклянной, в которой конец трубки приходится брать в рот.

Приборы для получения газа.

Для получения газов из твердого вещества и жидкости (например, водорода из цинка и разбавленной серной кислоты или диоксида углерода из кусочков мрамора и разбавленной соляной кислоты) используем один из простых приборов, изображенных на рисунке.

Трубка капельной воронки должна быть не слишком короткой и все время заполненной жидкостью — иначе газ вследствие своего избыточного давления вытеснит жидкость из трубки и кислота начнет разбрызгиваться (Удобнее использовать для получения газа прибор, изображенный на рисунке в центре, дополнив его простым усовершенствованием. В этом случае подойдет делительная или капельная воронка с короткой трубкой. К отводу колбы Бунзена (коническая плоскодонная колба с отводом) присоединим стеклянный тройник и один конец его соединим с изогнутой стеклянной трубкой, вставленной в пробку делительной воронки. Куски резинового шланга, которые мы используем для соединений, должны быть как можно короче при работе с газами, разрушающими резину. — Прим. перев.).

Поместим в колбу твердое вещество и затем очень медленно начнем добавлять жидкость. Обычно тотчас начинается интенсивное выделение газа. Лишь изредка необходимо осторожное нагревание. Пока газ выделяется, ни в коем случае нельзя перекрывать ему выход, иначе избыточное давление разорвет сосуд, в котором он образуется. Напротив, при пропускании газа в жидкость, в которой он легко растворяется, кран или зажим на выходе из прибора для выделения газа нужно закрыть, как только выделение газа прекратится. Иначе содержащийся в этом приборе газ растворяется и в результате жидкость засасывается в прибор из сосуда, в котором газ поглощался.

Автоматическое регулирование равномерного выделения газа обеспечивается аппаратом Киппа. Для малых количеств сильно упрощенную модель такого прибора можно собрать самостоятельно. Возьмем для этого U-образную трубку, пробирку для полумикроанализа с отверстием в дне, немного стекловаты, пробки с трубками и зажимы (см. рисунок).

Чтобы привести прибор в действие, наполовину заполним U-образную трубку жидкостью, а твердое вещество поместим в пробирку. Если закрыть кран, то выделяющийся газ вскоре вытеснит жидкость в другое колено трубки. Вследствие этого выделение газа прекратится.

Приборы для перегонки понадобятся нам очень часто и в различных вариантах. В каждом случае они подробно описаны в соответствующих разделах книги. Все же всегда полезно иметь наготове два простых прибора: один из двух пробирок, а второй — для перегонки большего количества жидкости, включающий коническую колбу в качестве куба и несколько бутылочек-приемников. Для охлаждения подойдет описанный выше змеевик из свинцовой трубки. Ко второму прибору подберем термометр, С помощью этого прибора можно самостоятельно получать небольшие количества дистиллированной воды.

Приборы для фильтрования. Осадок можно отделить от жидкости в простейшем случае отстаиванием и сливанием жидкости (декантацией). Все же при этом часто получается мутная жидкость и приходится применять фильтрование. Простейший прибор для фильтрования состоит из проволочной подставки, которую мы можем сами выгнуть из проволоки, стеклянной воронки и химического стакана. Фильтр складывают в 4 раза, как показано на рисунке, вставляют в воронку и вначале увлажняют водой или соответствующим растворителем. При фильтровании объемистых или очень тонких осадков часто бывает, что раствор проходит через фильтр очень медленно. Через некоторое время совсем перестает проходить, поскольку поры фильтра постепенно забиваются частицами осадка. В таких случаях фильтруют под вакуумом — тогда раствор проходит через нутч-фильтр под давлением атмосферного воздуха. Прибор для фильтрования с отсасыванием состоит из сетчатой фарфоровой или стеклянной воронки (воронки Бюхнера) (Применяются также фильтры Шотта с фильтрующей пластинкой из пористого стекла. — Прим. перев.), колбы для отсасывания (колбы Бунзена) и водоструйного насоса.

Водоструйные насосы — насосы, создающие разрежение благодаря тому, что воздух засасывается в них струёй воды. Обычный стеклянный водоструйный насос дешев. Поскольку через него должен проходить сильный ток воды, нужно очень надежно присоединить насос к водопроводному крану при помощи толстостенного резинового шланга. Этот кусок шланга закрепим на кране плотно скрученной стальной проволокой. Намного прочнее и производительнее стеклянных насосов металлические или пластмассовые насосы. Сосуд, из которого отсасывается воздух, соединяется с насосом толстостенным резиновым (так называемым вакуумным) шлангом, потому что стенки обычных резиновых трубок слипаются и соединение нарушается. Сосуды, из которых отсасывают воздух, должны быть толстостенными и безупречно надежными. При их выборе нужно обращать внимание даже на самые мелкие трещины. Кроме того, эти сосуды должны быть сферическими — иначе они не выдержат разности давлений. Ни в коем случае нельзя отсасывать воздух из плоскодонных колб, потому что они легко могут лопнуть под давлением атмосферного воздуха снаружи (Колбы Бунзена тоже плоскодонные, но их можно применять, потому что они изготовлены из очень толстого стекла. Однако при работе с ними требуется осторожность. Рекомендуется, особенно при горячем фильтровании, заворачивать их в полотенце. На промежуточную предохранительную склянку между колбой Бунзена и водоструйным насосом целесообразно надеть старый капроновый чулок или пластмассовую сетку. — Прим. перев.).

При работе под вакуумом резиновые пробки подгоняют особенно тщательно. Для большей надежности места соединений можно замазать. Конечно, удобнее соединения на шлифах со смазкой (Чаще всего в лабораториях применяют менделеевскую замазку. Перечень замазок и введения о них содержатся, например, в «Кратком химическом справочнике» В. А. Рабиновича и 3. Я. Хавина (JI., «Химия», 1978) и др. Следует, однако, подчеркнуть, что замазывать места соединения следует только в крайнем случае. При тщательной подгонке резиновых пробок легко можно обойтись без этого. — Прим. перев.).

Между водоструйным насосом и прибором, в котором проводится опыт, следует подключить предохранительный толстостенный сосуд, например, колбу Бунзена. Иначе вода из насоса может попасть в прибор.

Для безопасности при работе под вакуумом всегда нужно надевать защитные очки!

Упаривание под вакуумом или тем более вакуум-перегонку мы советуем проводить только тем читателям, у которых уже есть немалый опыт работы в лаборатории. Однако и в этом случае нужно вначале посоветоваться со специалистом или ознакомиться с методикой работы по другим книгам (См, например: П. И. Воскресенский. Техника лабораторных работ. М., «Химия», 1973; А.Я.Берлин, Техника лабораторной работы в органической химии. М., «Химия», 1973.).

Приборы для опытов по электрохимии

С учетом исключительного значения соответствующих процессов в промышленности, в этой книге описан ряд опытов по электрохимии. Для электролиза (так называют процесс разложения веществ под действием электрического тока) нам понадобится источник постоянного тока с низким напряжением Однако ток в этих опытах не должен быть слишком низким. Для простых опытов по электролизу годится даже плоская батарейка для карманного фонаря. Можно также взять 3–6 круглых элементов, включенных последовательно. Намного эффективнее свинцовый аккумулятор на 6 или 12 В обладающий не слишком малой зарядной емкостью. Многие читатели, вероятно, смогут воспользоваться аккумуляторными батареями от автомобиля. Как правило, они подойдут, хотя работают лишь в течение довольно короткого промежутка времени. Поэтому мы должны тщательно подготовить опыт, и провести его сразу после того, как аккумулятор заряжен.

При работе с такими источниками питания можно без опасения дотрагиваться до голых проводов. Разумеется, и при низком напряжении контакты должны быть очень надежными. Наверное, у читателя найдется знакомый радиолюбитель, который сможет посоветовать как лучше собрать цепь При плохих контактах возникают искры, а это может привести, например, к воспламенению выделяющегося водорода.

Между источником тока и электролитической ячейкой в большинстве случаев следует включить сопротивление Лучше всего взять ползунковый реостат сопротивлением 10 Ом, рассчитанный на не слишком малый ток (1–5 А).

Количественные электрохимические опыты возможны только при измерении сил тока. Если удастся приобрести амперметр или многопредельный ампервольтметр, то во всех опытах целесообразно измерять силу тока.

Конструкция электролитических ячеек зависит от условии опыта и указана в тексте книги — там, где описаны соответствующие опыты.

Опыты с электрической дугой

Опыты с электрической дугой требуют гораздо большей осторожности. Их можно проводить только в химических кружках!

Как известно, электрическая дуга образуется, если кратковременно привести в соприкосновение два электрода из угля или металла, а затем раздвинуть их на несколько миллиметров. Для возникновения электрической дуги требуется напряжение не меньше 30–40 В. Правда, дугу можно получить с помощью источника как постоянного, так и переменного тока. Ток в наших опытах должен быть не менее 3–5 А. В физических кабинетах хорошо оборудованных школ имеется трансформатор переменного напряжения или большая батарея нужного напряжения и емкости. Между источником тока и электродами обязательно надо включить в электрическую цепь входное сопротивление, иначе произойдет короткое замыкание.

При опытах с электрической дугой необходимы все меры предосторожности, требуемые при работе с высоким напряжением. К их числу относятся использование надежных, тщательно изолированных контактов и отсутствие влаги в окружающей среде. Работать нужно, положив под ноги электроизоляционный материал, например резиновый коврик, в резиновых или, в крайнем случае, в других (сухих!) перчатках. Разумеется, ни в коем случае нельзя прикасаться к электродам. Перед тем, как загорится электрическая дуга, нужно надеть очень темные очки (очки для сварки). Иначе из-за ослепительного яркого света можно сильно повредить глаза. Обычные солнцезащитные очки для этого опыта не подойдут.

ОБРАБОТКА СТЕКЛА

Стеклянные трубки незаменимы для соединения частей самых разнообразных приборов. Для этой цели купленные длинные стеклянные трубки приходится резать, оплавлять и сгибать. Поэтому каждый юный химик должен усвоить основные правила работы со стеклом.

Горелка

За исключением резания и шлифовки, при обработке стекла, как правило, необходимо нагревать его до размягчения. В отличие от кристаллических веществ, стекло не имеет четкой температуры плавления. При нагревании оно сначала размягчается, потом становится вязкотекучим и, наконец, совсем жидким. Самая важная, но и самая трудная задача при обработке стекла — поддерживать оптимальную температуру. Для обработки простого стекла нужна температура от 450 до 600 °C. Для изменения же формы иенского и других тугоплавких стекол их нужно нагревать выше 600 °C.

Для многих простых операций подойдет хорошая горелка Бунзена. Для сгибания стеклянных трубок очень удобна дополняющая ее насадка со щелевидным отверстием. Если же читателю хочется сгибать более толстые трубки, припаивать стеклянные трубки друг к другу и вообще научиться стеклодувному делу, то для этого нужна паяльная горелка. Для подвода к ней воздуха можно воспользоваться водоструйным насосом, феном или пылесосом (В качестве воздуходувки можно применить также микрокомпрессоры МК-Л и ВК-1, предназначенные для насыщения воздухом воды в аквариумах. Описание самодельной паяльной горелки — см. в книге: И. Н. Чертков, И. А. Черняк, Ю. А. Колударов. Самодельные демонстрационные приборы по химии. М., «Просвещение», 1976. — Прим. перев.).

Резка трубок

Чтобы разрезать тонкую трубку, вначале сделаем в требуемом месте надрез трехгранным напильником или специальным ножом для резки стекла (из твердой стали). Затем возьмем трубку обеими руками как можно ближе к надрезу и так, чтобы надрез приходился как раз посередине. Надломим трубку, одновременно слегка растягивая ее. При этом трубку следует завернуть в кусок ткани, чтобы защитить руки от осколков стекла. После некоторой тренировки нам удастся резать трубки так, чтобы края у них были почти ровные. Эти острые края нужно еще оплавить, чтобы сгладить их. Для этого конец трубки поместим ненадолго в пламя горелки Бунзена. Неоплавленные концы трубок повреждают резиновые пробки и шланги, что часто приводит к неприятным последствиям.

Чтобы вставить стеклянную трубку в пробку или надеть на нее резиновый шланг, смочим конец трубки глицерином или, в крайнем случае водой, чтобы уменьшить трение. При этом свободный конец трубки, как правило, нужно оставлять коротким, иначе он образует длинное плечо рычага, и трубка легко ломается.

Толстые стеклянные трубки (диаметром более 25 мм) разрезать таким способом не удается. Нужно, чтобы они дали в требуемом месте круговую трещину. Для этого рекомендуется много способов, хотя все они не всегда дают хороший результат (Для этой цели удобен самодельный электростеклорез, позволяющий обойтись без газовой горелки. См. И. Н. Чертков, И. А. Черняк, Ю. А. Колударов. Самодельные демонстрационные приборы по химии. М., «Просвещение», 1976. — Прим. перев.). Проще всего вначале сделать на трубке равномерный кольцевой надрез. Затем в несветящейся зоне пламени горелки нагревают стеклянную палочку до тех пор, пока конец ее не раскалится докрасна. При этом он размягчается до вязкотекучего состояния и окрашивает пламя в желтый цвет. Прижмем этот размягченный конец палочки к кольцевому надрезу. В результате резкого нагревания стекло обычно дает глубокую кольцевую трещину. В тонкостенной трубке часто можно получить такую трещину, если разогретое место затем быстро смочить капелькой воды. Таким же способом можно, например, отколоть дно от бутылки. Если повезет, края получатся ровными.

Сгибание трубок

Чтобы согнуть трубку, нагреем ее до размягчения, но не слишком сильно. Трубка должна сгибаться уже под действием своего собственного веса, если держать ее за один конец. Разумеется, можно при этом держать ее и за оба конца. Вынем трубку из пламени и, сгибая ее, придадим ей требуемую форму.

Просто согнуть стеклянную трубку удастся каждому начинающему экспериментатору. А вот согнуть ее так, чтобы в месте сгиба не было сужения, складки, вздутия или других дефектов, не так-то просто — для этого требуется немалая тренировка. Важно поддерживать правильную температуру сгибания, прогревать трубку по всей окружности и на не слишком коротком участке, то есть при непрерывном и равномерном вращении.

При сгибании толстой трубки один конец ее нужно закрыть пробкой и после сгибания места сужения выровнять, вдувая в трубку воздух. Обычно вначале при этом получаются дырки — воздух вдувают слишком сильно.

Еще более толстые трубки и все крупные предметы из стекла, например, колбы, нужно предварительно равномерно нагревать при непрерывном вращении светящимся пламенем, чтобы они не лопнули (Это общее правило, относящееся и к тонким трубкам. После обработки сильным пламенем стекло в конце операции прогревают светящимся пламенем, без подвода воздуха к горелке и оставляют медленно остывать. — Прим. перев). Согнутые трубки дают трещину, если их положить горячими на холодную подставку. Поэтому целесообразно изготовить пару деревянных подставок в виде брусков с выточенными канавками. Трубки нужно класть на подставку так, чтобы их горячая часть не касалась подставки и других предметов.

Растягивание трубок

Для многих опытов нам понадобятся стеклянные трубки с оттянутым концом. Изготовить такую трубку нетрудно. Нагреем стекло до размягчения, вынем трубку из пламени, растянем ее и разрежем в месте сужения. В зависимости от температуры, до которой трубка была нагрета, а также от скорости растягивания мы получим трубку с длинным или коротким суженным концом.

Чтобы этот заостренный конец был не слишком тонким, нужно нагревать достаточно сильно и растягивать трубку совсем медленно, одновременно вращая ее. Если нам нужна аккуратно запаянная стеклянная трубка, то растягивать нужно быстро или в пламени. Тогда образуется тончайший капилляр, который легко заплавить. Затем мы можем нагреть этот конец трубки до размягчения и слегка подуть в нее.

Дополнительные советы При наличии паяльной горелки, интереса к стеклодувному делу и немалого терпения, можно попытаться перейти к более трудным операциям. Чтобы спаять трубки, нужно по возможности ровно обрезать их и соединяемые концы немного развернуть, то есть расширить, чтобы они приобрели форму воронки. Можно сделать это с помощью заостренного графитового стержня, который вы используете в качестве угольного электрода. При спаивании трубок разного диаметра одной из них сначала нужно дать немного сузиться в пламени. Оба конца одновременно нагревают, вынимают из пламени и прикладывают друг к другу. Затем вращением, нагреванием и размягчением, вытягиванием и поддуванием придают шву правильную форму. Если при этом появляются вздутия и отверстия, можно заварить их расплавленным концом стеклянной палочки. Недостаточный прогрев места спая и неровности в этом месте вызывают в стекле напряжения. В таких случаях через некоторое время в этом месте может появиться трещина.

Чтобы припаять одну трубку к другой под углом, в требуемом месте спая одну из трубок сильно нагревают до размягчения коротким пламенем паяльной горелки. Затем один конец этой трубки закрывают пробкой и дуют в трубку. В нагретом месте образуется пузырь с очень тонкой стеклянной оболочкой, которую легко можно удалить. В результате получается круглое отверстие. Его развертывают, придавая ему форму воронки (см. выше). Таким же образом развертывают конец той второй трубки, которую нужно припаять к первой. Конец второй трубки соединяют с отверстием первой и равномерно спаивают трубки, при поддувании выравнивая место спая (Надежный спай получают, чередуя приемы нагревания, осаживания и поддувания. Более подробные сведения о работе со стеклом — см. М. М. Голь. Руководство по основам стеклодувного дела. JI., «Химия», 1974, — Прим. перев). При этом два из трех концов спаиваемых трубок, разумеется, предварительно закрывают пробками.

Если нужно выдуть шар, то трубку оттягивают и заплавляют ее. При непрерывном вращении, наклонив трубку, сильно нагревают ее до тех пор, пока на конце не накопится достаточный излишек стекла. Затем вынимают трубку из пламени и, не прерывая вращения, слегка дуют в нее.

Все эти стеклодувные работы требуют, как мы уже говорили, немало терпения, так что вначале не обойдется без разочарований. Полезнее, чем слушать любые объяснения, понаблюдать за работой опытного стеклодува.

ОСНОВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКТИВЫ

К настоящему времени химики исследовали более миллиона различных соединений. Разумеется, в процессе обучения и дальнейшей работы каждый химик непосредственно знакомится лишь с ничтожно малой частью этих веществ. В данной книге мы ограничимся несколькими сотнями соединений которые, однако, являются характерными представителями самых различных классов. Большинство химических реактивов мы получим самостоятельно из других веществ в результате присоединения, разложения или иных превращений. Кроме того, к числу важнейших исходных реактивов относятся отдельные вещества, с которыми мы встречаемся в повседневной жизни. Например, в наших опытах мы используем соду, поваренную соль, различные металлы, кусочки пластмассы, уксус, крахмал, сахар и даже листья крапивы и капли крови. Приготовление этих веществ описано в прописях соответствующих опытов и поэтому не нуждается в дополнительных пояснениях.

Иначе обстоит дело с химическими реактивами в узком смысле слова, т. е. с такими соединениями, которые можно приобрести только в аптеках, аптекарских магазинах и магазинах химических реактивов. Многие из них ядовиты или вызывают ожоги, что следует иметь в виду уже при их покупке и хранении. Всего для выполнения описанных в настоящей книге опытов понадобится около 100 реактивов этой группы. Большинство из них легкодоступно. Мы рекомендуем читателям, если они не работают в большом коллективе, объединиться с товарищами и вместе направить общий заказ в магазин химических реактивов, расположенный в крупном городе. Узнать адреса этих магазинов можно, обратившись к учителю химии.

Те читатели, которые живут и учатся неподалеку от крупного химического предприятия, могут найти там помощь и поддержку.

Кроме того, учтем, что все сто реактивов ни в коем случае не понадобятся нам с самого начала все сразу. Напротив, безусловно разумнее начать работать с маленьким основным набором реактивов и оборудования, а потом постепенно пополнять его. К тому же большинство этих реактивов понадобится только для одного или нескольких опытов. Между тем многие читатели, хотя бы из-за недостатка времени, не смогут выполнить абсолютно все опыты, описанные в книге.

Но ограниченный набор основных реактивов все-таки незаменим. К ним относятся, в первую очередь, некоторые кислоты и основания, о которых нам придется поговорить подробнее. Ввиду токсичности этих веществ и их способности вызывать ожоги, следует обратить особое внимание на правила их хранения и работы с ними.

Все химические реактивы, за исключением упомянутых веществ, применяемых в быту, будем хранить в отдельном шкафчике. Сделаем на нем отчетливую надпись: "Шкаф с химическими реактивами. Осторожно — яды!" Шкафчик нужно держать запертым на ключ, чтобы дети ни в коем случае не добрались до реактивов. Кроме того, реактивы нельзя хранить в непосредственной близости от газовой плиты, рефлекторов, печей и т. п., потому что некоторые органические жидкости, которые мы, правда, будем применять лишь в малых количествах, огнеопасны.

Если реактивов мало, то можно расставить их либо по группам (кислоты, основания, щелочи, органические вещества и т. д.), либо в алфавитном порядке. При большом количестве реактивов алфавитный порядок всегда предпочтительнее. Водный раствор аммиака лучше всего хранить не в шкафу вместе с другими реактивами, а отдельно. Дело в том, что аммиак при хранении его в одном шкафу с соляной кислотой образует в воздухе хлористый аммоний, неприятный белый налет которого постепенно покрывает все бутылки и банки.

О необходимости четких этикеток уже было сказано раньше. Хранить реактивы без этикетки — все равно, что их выбрасывать.

Этикетка должна содержать точное химическое название вещества (например, гидроксид натрия), техническое название (едкий натр) и формулу (NaOH). Кроме того, для ядовитых, едких или огнеопасных веществ она должна содержать соответствующие предостережения (в нашем примере «Вызывает ожоги! Яд!» и символ яда — изображение черепа с костями) (Для ознакомления с правилами хранения реактивов в нашей стране и степенью их опасности — см. Л.Н.Захаров. Техника безопасности в химических лабораториях. Л., «Химия», 1985. — Прим. перев).

ГЛАВНЫЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ

Концентрированные кислоты вызывают очень сильные ожоги и поэтому ядовиты. Если при разбрызгивании капля кислот попадает на кожу, то в этом месте появляется болезненное покраснение, которое при более длительном действии кислоты может превратиться в трудно заживающую рану. Поэтому эту каплю кислоты нужно тотчас же смыть большим количеством воды и при необходимости нейтрализовать раствором гидрокарбоната натрия (питьевой соды). Разумеется, ни в коем случае нельзя засасывать кислоту в пипетку ртом! При работе с концентрированными кислотами всегда будем надевать защитные очки.

Кроме того, учтем, что концентрированные кислоты, а при длительном воздействии и разбавленные кислоты прожигают почти любую одежду. Поэтому химическими опытами нужно заниматься в старой одежде или в рабочем халате. Некоторые виды пластмасс и резина совсем не разрушаются или почти не разрушаются кислотами. Существуют фартуки из этих материалов для защиты от кислот. Для наших опытов пригодится фартук из поливинилхлоридного пластиката.

Соляная кислота НСl (хлористоводородная кислота) представляет собой раствор газообразного хлористого водорода в воде. Чистая кислота бесцветна, а техническая имеет желтоватый оттенок, вызванный следами соединений железа.

Концентрированная соляная кислота (максимальная концентрация 39 %, плотность 1,19 г/см³) на воздухе дымит вследствие выделения хлористого водорода — газа с едким запахом, который соединяется с влагой воздуха. Большинство опытов мы сможем провести с разбавленной (10 %-ной) соляной кислотой, работать с которой намного приятнее. Мы либо приобретем разбавленную кислоту наряду с концентрированной, либо приготовим ее в результате разбавления последней. При этом, как всегда, будем лить кислоту в воду, а не наоборот.

Серная кислота H₂SO₄— бесцветная жидкость, не имеющая запаха. Техническая серная кислота выглядит более или менее темной изза присутствия в ней следов обугленных органических соединений.

Концентрированная серная кислота содержит 97–98 % H₂SO₄. Плотность ее 1,84 г/см³. Это маслообразная сильно гигроскопичная жидкость, вызывающая очень сильные ожоги. Концентрированная серная кислота незаменима для химических опытов, но является самым опасным из всех наших реактивов. Прежде всего, учтем, что при разбавлении всегда приливают кислоту к воде (или иной жидкости, используемой в опыте) малыми порциями. Иначе из-за выделения большого количества тепла кислота может разбрызгаться или даже лопнет сосуд.

Правило гласит: сначала вода, потом кислота, иначе случится большая беда!

При работе с концентрированной серной кислотой следует обязательно надевать защитные очки.

В продажу поступает разбавленная серная кислота с концентрацией 10 %.

Доступна также 29 %-ная серная кислота, применяемая в аккумуляторах.

В отличие от других кислот, серная кислота нелетуча. Поэтому даже сильно разбавленная серная кислота может сильно прожигать одежду, после того, как испарится содержащаяся в ней вода.

Азотная кислота HNO₃. Кислота, поступающая в продажу, представляет собой смесь HNO₃ с водой, содержащую не более 69 % HNO₃ (максимальная плотность 1,4 г/см³). Азотная кислота высокой концентрации выделяет на воздухе газы, которые в закрытой бутылке обнаруживают в виде коричневых паров (оксиды азота). Эти газы очень ядовиты, так что нужно остерегаться их вдыхания. Концентрированная азотная кислота вызывает сильные ожоги и является сильным окислителем. При попадании на кожу азотная кислота окрашивает ее в желтый цвет. Эту окраску невозможно отмыть сразу, она исчезает лишь через некоторое время.

Азотная кислота понадобится нам реже, чем другие минеральные кислоты. Поэтому вначале мы сможем обойтись без нее. Разбавленную кислоту мы легко сможем приготовить, выливая концентрированную кислоту в воду. Азотная кислота сильно разъедает резину. Поэтому ее можно хранить только в бутылках с притертыми или полиэтиленовыми пробками.

Так называемые дымящие азотная и серная кислота — это особо концентрированные кислоты. Дымящая серная кислота (олеум) содержит дополнительно растворенный в ней оксид серы (VI), то есть серный ангидрид SO₃, а дымящая азотная кислота-оксид азота (IV) NO₂. Эти особо опасные кислоты мы применять не будем.

ВАЖНЕЙШИЕ ОСНОВАНИЯ

В качестве оснований чаще всего употребляются водные растворы щелочей — гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов.

Раствор едкого натра (водный раствор гидроксида натрия NaOH + Н₂O).

Мы приобретем твердый гидроксид натрия. Он продается в виде гранул, чешуек или пластинок. Гидроксид натрия чрезвычайно гигроскопичен и на воздухе быстро расплывается. Для приготовления раствора мы поместим его в химический стакан и осторожно растворим в холодной воде (сильное разогревание!). Концентрированный раствор едкого натра содержит около 40 % NaOH. Приготовим также более разбавленный (5 %-ный) раствор.

Способность щелочей вызывать ожоги часто недооценивают. На кожу щелочи часто действуют сильнее, чем кислоты, потому что они разрушают защитный слой жира. Особенно опасно попадание щелочей в глаза. Поэтому при работе с концентрированными щелочами мы будем соблюдать все необходимые меры предосторожности и всегда надевать защитные очки.

Концентрированные щелочи нельзя хранить в бутылках с притертыми пробками, потому что щелочь разъедает стекло и вызывает "заедание" пробок. Поэтому растворы щелочей закрывают резиновыми или полиэтиленовыми пробками.

Раствор едкого калия (раствор гидроксида калия в воде, КОН + Н₂О) сходен по свойствам с раствором едкого натра, но вызывает еще более сильные ожоги и поэтому опаснее. Кроме того, едкое кали намного дороже едкого натра, так что мы вообще обойдемся без него.

Гидроксиды щелочноземельных металлов, прежде всего, кальция и бария, трудно растворимы в воде, но полученные при этом разбавленные растворы тоже проявляют все свойства щелочей. Хотя по сравнению с едким натром они менее опасны, все же нужно учитывать их способность вызывать ожоги, а для гидроксида бария, помимо того, его токсичность, свойственную также всем солям бария (Это не относится к сульфату бария, который настолько нетоксичен, что, например, используется в медицине для приема внутрь при рентгеноскопии желудка. Безвредность этой соли обусловлена ее исключительно низкой растворимостью. — Прим. перев).

Известковую и баритовую воду мы получим в результате энергичного и продолжительного встряхивания гидроксида кальция (гашеной извести) или соответственно гидроксида бария с водой и последующего фильтрования через мелкопористый фильтр.

Гидроксид аммония (аммиачная вода, NH₄OH + Н₂О) представляет собой водный раствор аммиака NH₃ в воде. Ион аммония NH₄⁺, хотя он, конечно, не является простым ионом одного элемента, ведет себя подобно ионам щелочных и щелочноземельных металлов, например, образует соли. Концентрированный водный раствор аммиака, поступающий в продажу, содержит около 25 % аммиака и имеет плотность приблизительно 0,91 г/см³. На воздухе он дымит газообразным аммиаком, имеющим очень резкий запах. Аммиак с парами кислот образует белый дым. Вдыхать аммиак в больших количествах опасно для здоровья.

Мы будем хранить этот раствор аммиака в тщательно закрытой склянке с резиновой или притертой пробкой на рабочем столе, а не в шкафу с другими реактивами. Приготовим также разбавленный (5 %-ный) раствор аммиака.

ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Материалы семинара по обработке сигналов

Глава 1

Введение. Виды сигналов, сравнение цифровых и аналоговых методов обработки сигналов

Уолт Кестер

Введение

Происхождение физических сигналов и единицы их измерения

В этой книге мы будем прежде всего иметь дело с обработкой физических сигналов, выполняемой на основе аналоговых и цифровых методов. Прежде всего, рассмотрим несколько ключевых понятий и определений, необходимых для понимания сущности предмета.

Новый университетский словарь Вебстера определяет сигнал как "обнаруживаемую (или измеряемую) физическую величину или импульс (типа напряжения, силы тока или напряженности магнитного поля), которая может быть передана как сообщение или как информация". Ключом к этому определению являются слова: обнаруживаемая, физическая величина и информация.

ХАРАКТЕРИСТИКИ СИГНАЛОВ

Характеристики сигналов

♦ Сигналы являются физическими величинами

♦ Сигналы можно измерить

♦ Сигналы содержат информацию

♦ Все сигналы являются аналоговыми

Единицы измерения

♦ Температура: °С

♦ Давление: Н/м²

♦ Масса: кг

♦ Напряжение: В

♦ Электрический ток: А

♦ Мощность: Вт

Рис. 1.1

По своей природе все сигналы являются аналоговыми, будь то сигнал постоянного или переменного тока, цифровой или импульсный. Тем не менее, принято делать различие между аналоговыми и цифровыми сигналами, которое выражается в том, что в природе все измеримые физические величины представляются аналоговыми сигналами. В этой книге аналоговые сигналы характеризуются электрическими переменными, скоростью их изменения и связанной с ними энергией или мощностью. Для преобразования других физических величин (температуры, давления и т. п.) в электрические сигналы используются датчики. Такая область, как нормализация сигнала (signal conditioning), означает подготовку физических сигналов к обработке и включает в себя такие аспекты, как датчики (например, датчики температуры и давления), изолирующие и инструментальные усилители и т. д. (см. Приложение 1).

Некоторые сигналы представляют собой реакции на другие сигналы. Хороший пример — отраженный сигнал радара или ультразвуковой системы отображения, в которых отраженный сигнал является результатом действия известного переданного сигнала.

С другой стороны, существуют сигналы, которые называются цифровыми, где сигнал, определенным образом обработанный, преобразован в цифры. Возможно, эти цифровые сигналы связаны с реальными аналоговыми сигналами, но возможно, что между ними и нет связи. В качестве примера можно привести передачу данных в локальных вычислительных сетях (LAN) или в других высокоскоростных сетях.

В случае цифровой обработки сигнала (ЦОС) аналоговый сигнал преобразуется в двоичную форму устройством, которое называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). На выходе АЦП получается двоичное представление аналогового сигнала, которое затем обрабатывается арифметически цифровым сигнальным процессором (DSP). После обработки содержащаяся в сигнале информация может быть преобразована обратно в аналоговую форму с использованием цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

Другой ключевой концепцией в определении сигнала является тот факт, что сигнал всегда несет некоторую информацию. Это ведет нас к ключевой проблеме обработки физических аналоговых сигналов — проблеме извлечения информации.

Цели обработки физических сигналов

Главная цель обработки физических сигналов заключается в необходимости получения содержащейся в них информации. Эта информация обычно присутствует в амплитуде сигнала (абсолютной или относительной), в частоте или в спектральном составе, в фазе или в относительных временных зависимостях нескольких сигналов. Как только желаемая информация будет извлечена из сигнала, она может быть использована различными способами.

В некоторых случаях желательно переформатировать информацию, содержащуюся в сигнале. В частности, смена формата имеет место при передаче звукового сигнала в телефонной системе с многоканальным доступом и частотным разделением (FDMA). В этом случае аналоговые методы используются, чтобы разместить несколько голосовых каналов в частотном спектре для передачи через радиорелейную станцию микроволнового диапазона, коаксиальный или оптоволоконный кабель. В случае цифровой связи аналоговая звуковая информация сначала преобразуется в цифровую с использованием АЦП. Цифровая информация, представляющая индивидуальные звуковые каналы, мультиплексируется во времени (многоканальный доступ с временным разделением, TDMA) и передается по последовательной цифровой линии связи (как в Т-carrier-системе).

Еще одна причина обработки сигналов заключается в сжатии полосы частот сигнала (без существенной потери информации) с последующим форматированием и передачей информации на пониженных скоростях, что позволяет сузить требуемую полосу пропускания канала. В высокоскоростных модемах и системах адаптивной импульснокодовой модуляции (ADPCM) широко используются алгоритмы устранения избыточности данных (сжатия), так же как и в цифровых системах мобильной связи, системах записи звука MPEG, в телевидении высокой четкости (HDTV).

Промышленные системы сбора данных и системы управления используют информацию, полученную от датчиков, для выработки соответствующих сигналов обратной связи, которые, в свою очередь, непосредственно управляют процессом. Обратите внимание, что эти системы требуют наличия как АЦП и ЦАП, так и датчиков, устройств нормализации сигнала (signal conditioners) и DSP (или микроконтроллеров). AnalogDevices предлагает семейство микросхем Microconverters™, которые включают прецизионные аналоговые схемы, АЦП, ЦАП, микроконтроллеры и flash-память на одном кристалле.

В некоторых случаях в сигнале, содержащем информацию, присутствует шум, и основной целью является восстановление сигнала. Такие методы, как фильтрация, автокорреляция, свертка и т. д., часто используются для выполнения этой задачи и в аналоговой, и в цифровой областях.

ЦЕЛИ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

• Извлечение информации о сигнале (амплитуда, фаза, частота, спектральные составляющие, временные соотношения)

• Преобразование формата сигнала (телефония с разделением каналов FDMA, TDMA, CDMA)

• Сжатие данных (модемы, сотовые телефоны, телевидение HDTV, сжатие MPEG)

• Формирование сигналов обратной связи (управление промышленными процессами)

• Выделение сигнала из шума (фильтрация, автокорреляция, свертка)

• Выделение и сохранение сигнала в цифровом виде для последующей обработки (БПФ)

Рис. 1.2

Формирование физических сигналов

В большинстве приведенных ситуаций (связанных с использованием DSP-технологий), необходимы как АЦП, так и ЦАП. Тем не менее, в ряде случаев требуется только ЦАП, когда физические аналоговые сигналы могут быть непосредственно сгенерированы на основе DSP и ЦАП. Хорошим примером являются дисплеи с разверткой видеоизображения, в которых сгенерированный в цифровой форме сигнал управляет видеоизображением или блоком RAMDAC (преобразователем массива пиксельных значений из цифровой в аналоговую форму). Другой пример — это искусственно синтезируемые музыка и речь. В действительности, при генерации физических аналоговых сигналов с использованием только цифровых методов полагаются на информацию, предварительно полученную из источников подобных физических аналоговых сигналов. В системах отображения данные на дисплее должны донести соответствующую информацию оператору. При разработке звуковых систем задаются статистическими свойствами генерируемых звуков, которые были предварительно определены с помощью широкого использования методов ЦОС (источник звука, микрофон, предварительный усилитель, АЦП и т. д.).

Методы и технологии обработки физических сигналов

Сигналы могут быть обработаны с использованием аналоговых методов (аналоговой обработки сигналов, или ASP), цифровых методов (цифровой обработки сигналов, или DSP) или комбинации аналоговых и цифровых методов (комбинированной обработки сигналов, или MSP). В некоторых случаях выбор методов ясен, в других случаях нет ясности в выборе и принятие окончательного решения основывается на определенных соображениях.

Что касается DSP, то главное отличие его от традиционного компьютерного анализа данных заключается в высокой скорости и эффективности выполнения сложных функций цифровой обработки, таких как фильтрация, анализ с использованием быстрого преобразования Фурье (БПФ) и сжатие данных в реальном масштабе времени.

Термин "комбинированная обработка сигналов" подразумевает, что системой выполняется и аналоговая, и цифровая обработка. Такая система может быть реализована в виде печатной платы, гибридной интегральной схемы (ИС) или отдельного кристалла с интегрированными элементами. АЦП и ЦАП рассматриваются как устройства комбинированной обработки сигналов, так как в каждом из них реализованы и аналоговые, и цифровые функции.

Недавние успехи технологии создания микросхем с очень высокой степенью интеграции (VLSI) позволяют осуществлять комплексную (цифровую и аналоговую) обработку на одном кристалле. Сама природа ЦОС подразумевает, что эти функции могут быть выполнены в режиме реального масштаба времени.

Сравнение аналоговой и цифровой обработки сигнала

Сегодняшний инженер стоит перед выбором надлежащей комбинации аналоговых и цифровых методов для решения задачи обработки сигналов. Невозможно обработать физические аналоговые сигналы, используя только цифровые методы, так как все датчики (микрофоны, термопары, тензорезисторы, пьезоэлектрические кристаллы, головки накопителя на магнитных дисках и т. д.) являются аналоговыми устройствами. Поэтому, некоторые виды сигналов требуют наличия цепей нормализации для дальнейшей обработки сигналов аналоговым или цифровым методом. В действительности, цепи нормализации сигнала — это аналоговые процессоры, выполняющие такие функции как усиление, накопление (в измерительных и предварительных (буферных) усилителях), обнаружение сигнала на фоне шума (высокоточными усилителями синфазного сигнала, уравнителями и линейными приемниками), динамическое сжатие диапазона (логарифмическими усилителями, логарифмическими ЦАП и усилителями с программируемым коэффициентом усиления) и фильтрация (пассивная и активная).

Несколько методов реализации процесса обработки сигналов показано на рис. 1.3. В верхней области рисунка изображен чисто аналоговый подход. В остальных областях изображена реализация DSP. Обратите внимание, что, как только выбрана DSP технология, следующим решением должно быть определение местоположения АЦП в тракте обработки сигнала.

Вообще, поскольку АЦП перемещен ближе к датчику, большая часть обработки аналогового сигнала теперь производится АЦП. Увеличение возможностей АЦП может выражаться в увеличении частоты дискретизации, расширении динамического диапазона, повышении разрешающей способности, отсечении входного шума, использовании входной фильтрации и программируемых усилителей (PGA), наличии источников опорного напряжения на кристалле и т. д. Все упомянутые дополнения повышают функциональный уровень и упрощают систему. При наличии современных технологий производства ЦАП и АЦП с высокими частотами дискретизации и разрешающими способностями существенный прогресс достигнут в интеграции все большего числа цепей непосредственно в АЦП/ЦАП. В сфере измерений, например, существуют 24-битные АЦП со встроенными программируемыми усилителями (PGA), которые позволяют оцифровывать полномасштабные мостовые сигналы 10 mV непосредственно, без последующей нормализации (например серия AD773x). На голосовых и звуковых частотах распространены комплексные устройства кодирования-декодирования — кодеки (Analog Front End, AFE), которые имеют встроенную в чип аналоговую схему, удовлетворяющую минимуму требований к внешним компонентам нормализации (AD1819B и AD73322). Существуют также видео-кодеки (AFE) для таких задач, как обработка изображения с помощью ПЗС (CCD), и другие (например, серии AD9814, AD9816, и AD984X).

Практический пример

В качестве практического примера использования DSP сравним аналоговый и цифровой фильтры низкой частоты (ФНЧ), каждый с частотой среза 1 кГц. Цифровой фильтр реализован в виде типичной дискретной системы, показанной на рис. 1.4.

Обратите внимание, что в диаграмме принято несколько неявных допущений. Во-первых, чтобы точно обработать сигнал, принимается, что тракт АЦП/ЦАП обладает достаточными значениями частоты дискретизации, разрешающей способности и динамического диапазона. Во-вторых, для того, чтобы закончить все свои вычисления в пределах интервала дискретизации (l/f_s), устройство ЦОС должно иметь достаточное быстродействие. В-третьих, на входе АЦП и выходе ЦАП сохраняется потребность в аналоговых фильтрах низкой частоты (anti-aliasing filter и anti-imaging filter), хотя требования к их производительности невелики. Приняв эти допущения, можно сравнить цифровой и аналоговый фильтры.

Требуемая частота среза обоих фильтров — 1 кГц. Аналоговое преобразование реализуется фильтром Чебышева первого рода шестого порядка (характеризуется наличием пульсаций коэффициента передачи в полосе пропускания и отсутствием пульсаций вне полосы пропускания). Его характеристики представлены на рис. 1.5. На практике этот фильтр может быть представлен тремя фильтрами второго порядка, каждый из которых построен на операционном усилителе и нескольких резисторах и конденсаторах. С помощью современных систем автоматизированного проектирования (САПР) фильтров создать фильтр шестого порядка достаточно просто, но чтобы удовлетворить техническим требованиям по неравномерности характеристики 0,5 дБ, требуется точный подбор компонентов.

Представленный же на рис 1.4 цифровой FIR-фильтр со 129 коэффициентами имеет неравномерность характеристики всего 0,002 дБ в полосе пропускания, линейную фазовую характеристику и намного более крутой спад. На практике такие характеристики невозможно реализовать с использованием одних только аналоговых методов. Другое очевидное преимущество схемы состоит в том, что цифровой фильтр не требует подбора компонентов и не чувствителен к дрейфу частоты, так как она (частота) стабилизирована на кристалле. Фильтр со 129 коэффициентами требует 129 операций умножения с накоплением (MAC) для вычисления выходной выборки. Эта обработка должна быть закончена в пределах интервала дискретизации l/f_s, чтобы обеспечить работу в реальном масштабе времени. В этом примере частота дискретизации равна 10 кГц, поэтому для обработки достаточно 100 мкс, если не требуется производить существенных дополнительных вычислений. Семейство DSP ADSP-21xx может закончить весь процесс умножения с накоплением (и другие функции, необходимые для реализации фильтра) за один командный цикл. Поэтому фильтр со 129 коэффициентами требует быстродействия более 129/100 мкс = 1,3 миллиона операций с секунду (MIPS). Существующие DSP имеют намного большее быстродействие и, таким образом, не являются ограничивающим фактором для этих приложений. Быстродействие серии 16-разрядных ADSP-218x с фиксированной точкой достигает 75 MIPS.

На рис. 1.6 приведен ассемблерный код, реализующий фильтр на DSP процессорах семейства ADSP-21xx. Обратите внимание, что фактические строки исполняемого кода помечены стрелками; остальное — это комментарии.

Конечно, на практике имеется много других факторов, рассматриваемых при сравнительной оценке аналоговых и цифровых фильтров или аналоговых и цифровых методов обработки сигнала вообще. В современных системах обработки сигналов комбинируются аналоговые и цифровые методы реализации желаемой функции и используются преимущества лучших методов, как аналоговых, так и цифровых.

ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

♦ Ширина спектра обрабатываемого сигнала ограничена частотой дискретизации АЦП/ЦАП

— Помните о критерии Найквиста и теореме Котельникова

♦ Динамический диапазон сигнала ограничен разрядностью АЦП/ЦАП

♦ Производительность процессора DSP ограничивает объем обработки сигнала, так как:

Для работы в реальном масштабе времени все вычисления, производимые процессором DSP, должны быть закончены в течение интервала дискретизации, равного 1/f_s

Не забывайте об аналоговой обработке сигнала

♦ При высокочастотной/радиочастотной фильтрации, модуляции, демодуляции

♦ Аналоговые антиалайзинговые и восстанавливающие фильтры (обычно ФНЧ) для ФЦП и ЦАП

♦ Там, где диктуют здравый смысл и экономические выкладки

Рис. 1.7

Глава 2

Дискретные системы

Уолт Кестер, Джеймс Брайэнт

Введение

Блок-схема типичной дискретной системы ЦОС представлена на рис. 2.1. Обычно, прежде чем подвергнуться реальному аналого-цифровому преобразованию, аналоговый сигнал проходит через цепи нормализации, которые выполняют такие функции, как усиление, аттенюация (ослабление) и фильтрация. Для подавления нежелательных сигналов вне полосы пропускания и предотвращения наложения спектров (aliasing) необходим фильтр низкой частоты или полосовой фильтр.

На рис. 2.1 представлена система, работающая в реальном масштабе времени. В ней АЦП непрерывно дискретизирует сигнал с частотой, равной f_s, и выдает новый отсчет процессору ЦОС (DSP) с такой же частотой. Для обеспечения работы в реальном масштабе времени DSP должен закончить все вычисления в пределах интервала дискретизации l/f_s и передать выходной отсчет на ЦАП до поступления следующего отсчета с АЦП. В качестве примера типичной функции DSP может выступать цифровой фильтр.

В случае использования алгоритма БПФ, блок данных загружается в память DSP. Пока работает алгоритм БПФ, тем временем новый блок данных загружается в память для обеспечения работы в реальном масштабе времени. DSP должен вычислить БПФ в течение интервала передачи данных, чтобы быть готовым к процессу обработки следующего блока данных.

Обратите внимание, что ЦАП требуется только в том случае, когда данные необходимо преобразовать обратно в аналоговый сигнал (например, в случае голосового или звукового приложения). Во многих приложениях после первоначального аналого-цифрового преобразования сигнал остается в цифровом формате. Кроме того, существуют устройства подобные CD-проигрывателю, в которых DSP отвечает исключительно за формирование сигнала на ЦАП. В случае использования ЦАП, на его выходе для подавления нежелательных гармоник необходимо применять фильтр (anti-imaging filter).

В реальных процессах аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования есть два ключевых этапа: дискретизация по времени и квантование по амплитуде, которые определяют разрешающую способность данных операций. Понимание этих моментов является основополагающим фактором в оценке приложений ЦОС.

Дискретизация аналоговых сигналов по времени

Концепции дискретизации по времени и квантования по амплитуде аналогового сигнала иллюстрируются на рис. 2.1. Выборка непрерывных аналоговых данных должна осуществляться через интервал дискретизации t_s = l/f_s, который необходимо тщательно выбирать для точного представления первоначального аналогового сигнала. Ясно, что чем больше число отсчетов (более высокие частоты дискретизации), тем более точным будет представление сигнала в цифровом виде, тогда как в случае малого числа отсчетов (низкие частоты дискретизации) может быть достигнуто критическое значение частоты дискретизации, при котором теряется информация о сигнале. Это следует из известного критерия Найквиста, сформулированного на рис. 2.2.

КРИТЕРИЙ НАЙКВИСТА

• Частота дискретизации f_s сигнала с шириной полосы f_a должна удовлетворять условию f_s > 2f_a, в противном случае информация о сигнале будет потеряна

• Эффект наложения спектров возникает, когда f_s < 2f_a

• Эффект наложения спектров широко используются в таких задачах, как прямое преобразование ПЧ в цифровую форму

Рис. 2.2

Проще говоря, критерий Найквиста требует, чтобы частота дискретизации была по крайней мере вдвое больше полосы сигнала, в противном случае информация о сигнале будет потеряна. Если частота дискретизации меньше удвоенной полосы аналогового сигнала, возникает эффект, известный как наложение спектров (aliasing).

Для понимания смысла наложения спектров как во временной, так и в частотной областях сначала рассмотрим случай представления во временной области выборки одного тонального сигнала синусоидальной формы, показанный на рис. 2.3.

В этом примере частота дискретизации f_s лишь немного больше частоты аналогового входного сигнала f_a, что не удовлетворяет критерию Найквиста. Обратите внимание, что в действительности сделанная выборка соответствует сигналу, частота которого равна разности частот дискретизации и частоты исходного сигнала f_s - f_a. Соответствующее представление этого примера в частотной области показано на рис. 2.4, б.

Далее рассмотрим случай выборки с частотой f_s одночастотного сигнала синусоидальной формы частоты f_a, осуществленной идеальным импульсным дискретизатором (см. рис. 2.4, А). Как и в предыдущем случае, примем, что f_s > 2f_a. В частотном спектре на выходе дискретизатора видны гармоники (aliases или images) исходного сигнала, повторяющиеся с частотой f_s, то есть на частотах, равных |± Kf_s ± f_a|, где К = 1, 2, 3, 4….

Частотная зона Найквиста определяется как полоса спектра от 0 до f_s/2. Частотный спектр разделен на бесконечное число зон Найквиста, каждая по 0,5f_s. На практике идеальный дискретизатор заменяется на АЦП, используемый совместно с процессором БПФ. БПФ-процессор обеспечивает присутствие на выходе только компонент сигналов, частоты которых попадают в первую зону Найквиста, то есть, в полосу от 0 до f_s/2.

Теперь рассмотрим случай, когда частота сигнала выходит за пределы первой зоны Найквиста (рис. 2.4 В). Частота сигнала немного меньше частоты дискретизации, что соответствует условию, представленному во временной области на рис. 2.3. Обратите внимание, что даже при том, что сигнал находится вне первой зоны Найквиста, его составляющая f_s-f_a попадает внутрь зоны. Возвращаясь к рис. 2.4 А, поясним, что, если нежелательный сигнал появляется в области любой из гармоник частоты f_a, он также возникает и на частоте f_a, приводя, таким образом, к появлению побочного частотного компонента в первой зоне Найквиста.

Такой процесс подобен работе смесителя, используемого для детектирования аналоговых сигналов. При этом подразумевается, что перед дискретизатором (или АЦП) осуществляется фильтрация, подавляющая компоненты, частоты которых находятся вне полосы Найквиста и после дискретизации попадают в ее пределы. Рабочая характеристика фильтра будет зависеть от того, как близко частота внеполосного сигнала отстоит от f_s/2, а также будет определяться величиной требуемого подавления.

Фильтры для устранения эффекта наложения спектров

(Антилайзинговые фильтры)

Говоря о дискретизации низкочастотного сигнала (огибающей сигнала или видеосигнала) подразумевают, что подлежащий дискретизации сигнал лежит в первой зоне Найквиста. Важно обратить внимание на то, что без фильтрации на входе идеального дискретизатора любой частотный компонент (сигнал или шум), который находится за пределами "полосы Найквиста", в любой зоне Найквиста будет создавать НЧ-составляющую в первой зоне Найквиста. По этой причине ФНЧ используется почти со всеми АЦП для подавления нежелательных сигналов.

Важно правильно определить характеристики НЧ-фильтра. Первым шагом является получение характеристик сигнала, подлежащего дискретизации. В случае, когда наивысшая из интересующих нас частот равна f_a, фильтр пропускает сигналы, лежащие в полосе частот от 0 до f_a, тогда как сигналы с частотой выше f_a ослабляются.

Предположим, что частота сопряжения фильтра равна f_a. На рис. 2.5а показан эффект, обусловленный переходом сигнала ненулевой амплитуды от минимального до максимального ослабления в динамическом диапазоне системы.

Возможно, что во входном сигнале присутствуют существенные компоненты с частотой, большей максимальной частоты f_a. Диаграмма показывает, как эти компоненты с частотой выше f_s — f_a дают НЧ-составляющую внутри полосы от 0 до f_a. Эти НЧ-составляющие неотличимы от реальных сигналов и поэтому ограничивают динамический диапазон значением, которое на диаграмме показано как DR.

Некоторые авторы рекомендуют устанавливать параметры ФНЧ, принимая во внимание частоту Найквиста f_s/2, но это предполагает, что ширина полосы сигнала находится от 0 до f_s /2, что случается редко. В примере на рис. 2.5 а НЧ-составляющие, которые попадают в диапазон между f_a и f_s/2, не представляют для нас интереса и не ограничивают динамический диапазон.

Переходная зона ФНЧ определяется частотой сопряжения f_a, частотой полосы задержки f_s-f_a и требуемым затуханием в полосе задержки DR. Динамический диапазон системы выбирается исходя из требований точности воспроизведения сигнала.

При всех прочих равных условиях фильтры становятся более сложными по мере того, как увеличивается крутизна спада. Например, фильтр Баттерворта дает ослабление 6 дБ на октаву для каждого порядка. Для достижения ослабления 60 дБ в диапазоне от 1 МГц до 2 МГц (1 октава) требуется как минимум фильтр 10-го порядка — это нетривиальный фильтр, весьма трудный в разработке.

Поэтому для высокоскоростных приложений, требующих более высокой крутизны спада и меньшей неравномерности в рабочей полосе при линейной фазовой характеристике, больше подходят фильтры других типов. В частности, этим критериям удовлетворяют часто применяемые эллиптические фильтры. Существуют компании, специализирующиеся на поставках заказных аналоговых фильтров. В качестве примера можно привести компанию ТТЕ (Приложение 1).

Из этого обсуждения видно, как недостаточная крутизна спада ФНЧ может компенсироваться более высокой частотой дискретизации АЦП. Выбрав более высокую частоту дискретизации (избыточную дискретизацию), мы уменьшаем требование к крутизне спада и, следовательно, сложность фильтра за счет использования более быстрого АЦП с более высокой скоростью обработки данных. Это иллюстрирует рис. 2.5 В, на котором показан эффект, возникающий при увеличении частоты дискретизации в К раз, в то время как требования к частоте сопряжения f_a и к динамическому диапазону DR остаются на прежнем уровне. Более пологий спад делает этот фильтр проще для проектирования, чем в случае рис. 2.5 А.

Процесс проектирования ФНЧ начинается с выбора начальной частоты дискретизации от 2,5f_a до 4f_a. Определим характеристики фильтра, основанные на требуемом динамическом диапазоне, и посмотрим, является ли такой фильтр реализуемым с учетом ограничения стоимости системы и работы. Если реализация окажется невозможной,

полезно рассмотреть вариант с более высокой частотой дискретизации, для которого, возможно, потребуется более быстрый АЦП. Следует отметить, что sigma-delta-АЦП изначально являются преобразователями с избыточной дискретизацией, и данное обстоятельство существенно ослабляет требования к ФНЧ, что является дополнительным плюсом данной архитектуры.

Требования к ФНЧ могут быть несколько ослаблены, когда вы уверены, что сигнал с частотой, которая попадает в полосу задержки f_s — f_a, никогда не достигнет амплитуды основного сигнала. Во многих приложениях появление таких сигналов на этой частоте действительно маловероятно. Если максимум сигнала в полосе частот f_s — f_a никогда не превысит X дБ над амплитудой основного сигнала, то требования к затуханию в полосе задержки фильтра может быть уменьшено на ту же самую величину. Новое требование к затуханию в полосе задержки f_s — f_a основано на понимании того факта, что в этом случае значение подавляемого сигнала составляет DR-Х дБ. В случае реализации этого варианта будьте внимательны при устранении любых шумов, частоты которых могут быть выше частоты f_a — это нежелательные сигналы, которые также будут создавать НЧ-составляющую в полосе сигнала.

Субдискретизация (Undersampling) (гармоническая дискретизация (Harmonic Sampling), дискретизация модулированных сигналов (Bandpass Sampling), дискретизация на промежуточной частоте (ПЧ), IF Sampling, прямое преобразование ПЧ в цифровую форму)

К настоящему моменту мы рассмотрели случай дискретизации низкочастотных сигналов (видеосигналов или огибающих), когда все интересующие нас сигналы лежат в первой зоне Найквиста. На рис. 2.6 А представлен случай, когда полоса подлежащих дискретизации сигналов ограничена первой зоной Найквиста и в остальных зонах Найквиста имеются боковые частотные компоненты.

На рис. 2.6 В представлен случай, когда полоса подлежащего дискретизации сигнала полностью находится во второй зоне Найквиста. Часто процесс дискретизации сигнала, находящегося вне первой зоны Найквиста, называется субдискретизацией или гармонической дискретизацией. Обратите внимание, что боковая полоса в первой зоне Найквиста содержит всю информацию об исходном сигнале, только его местоположение изменено (порядок частотных компонентов в спектре обратный, но это легко корректируется переупорядочиванием спектральных компонентов на выходе БПФ).

На рис. 2.6 С показан вариант подлежащего дискретизации сигнала, ограниченного третьей зоной Найквиста. Обратите внимание, что в первой зоне Найквиста нет обращения частоты. Фактически, частоты подлежащих дискретизации сигналов могут лежать в любой уникальной зоне Найквиста, и боковая полоса в первой зоне Найквиста является точным представлением сигнала (за исключением обращения частоты, которое происходит, когда сигналы расположены в четных зонах Найквиста). Здесь мы можем вновь ясно сформулировать критерий Найквиста:

Для сохранения информации о сигнале частота дискретизации должна быть равной или большей, чем удвоенная ширина его полосы.

Обратите внимание, что в этой формулировке нет никакого упоминания об абсолютном местоположении полосы дискретизируемых сигналов в частотном спектре относительно частоты дискретизации. Единственное ограничение состоит в том, что полоса подлежащих дискретизации сигналов ограничена одной зоной Найквиста, то есть, полосы сигналов не должны перекрывать частоту f_s/2 с любым множителем (фактически, это и является функцией антиалайзингового фильтра).

Дискретизация сигналов, лежащих выше первой зоны Найквиста, стала популярной задачей, связанной с телекоммуникациями, потому что этот процесс эквивалентен аналоговой демодуляции. Обычной практикой становится дискретизация сигналов ПЧ с последующим использованием цифровых методов для обработки сигнала с устранением таким способом потребности в демодуляторе ПЧ. Ясно, что с ростом ПЧ растут и требования к производительности АЦП. Ширина полосы входа АЦП и характеристики, связанные с допустимыми искажениями сигналов, должны быть адекватны скорее ПЧ, чем основной полосе частот. Это является проблемой для большинства АЦП, предназначенных для обработки сигналов в первой зоне Найквиста, поэтому для субдискретизации нужен АЦП, который может обрабатывать сигналы в других (более высокочастотных) зонах Найквиста.

Статическая передаточная функция АЦП и ЦАП и погрешности по постоянному току

Наиболее важным моментом, характеризующим и ЦАП, и АЦП является тот факт, что их входы или выходы являются цифровыми, поэтому сигнал подвергается квантованию. Обычно N-разрядное слово представляется одним из 2^N возможных состояний, поэтому у N-разрядного ЦАП (с фиксированным источником опорного напряжения) может быть только 2^N значений аналогового выхода, и он может выдавать 2^N различных комбинаций, соответствующих значениям аналогового входа. Как правило, входные аналоговые сигналы существуют в виде напряжений или токов.

Разрешающая способность преобразователей данных может быть выражена несколькими различными способами: весом младшего разряда (LSB), долей от полной шкалы размером в один миллион (ppm FS), милливольтами (мВ) и т. д. Различные устройства (даже от одного производителя) специфицируются по-разному, так что для успешного сравнения устройств пользователи АЦП и ЦАП должны уметь преобразовывать характеристики из различных спецификаций. Величина младшего значащего разряда (LSB) для приборов с различной разрешающей способностью приведена на рис. 2.7.

Прежде чем рассматривать различные архитектуры АЦП и ЦАП, необходимо обсудить ожидаемые характеристики и важные аспекты спецификаций. Ниже будет рассмотрено определение погрешностей и технических требований, предъявляемых к АЦП и ЦАП. Это важно для понимания сильных и слабых сторон различных архитектур АЦП и ЦАП.

Первые преобразователи данных применялись в области измерения и управления, где точный выбор времени преобразования обычно не имел значения, и скорость передачи данных была невелика. В таких приложениях были важны характеристики АЦП и ЦАП по постоянному току, а характеристики, связанные с синхронизацией и характеристики по переменному току не имели существенного значения. Сегодня ко многим, если не к большинству преобразователей, используемых в системах дискретизации и восстановления сигнала, предъявляются жесткие требования по характеристикам на переменном токе (характеристики по постоянному току могут быть не существенны). Данные характеристики будут рассмотрены далее в этом разделе.

На рис. 2.8 представлена идеальная функция передачи однополярного 3-разрядного ЦАП, а на рис. 2.9 — однополярного 3-разрядного АЦП. В ЦАП входной и выходной сигналы квантованы, и график содержит восемь точек. Независимо от способа аппроксимации этой функции, важно помнить, что реальной характеристикой передачи является не линия, а множество дискретных точек.

Входной аналоговый сигнал АЦП не квантован, но его выходной сигнал является результатом квантования. Поэтому характеристика передачи состоит из восьми горизонтальных прямых (при рассмотрении смещения, усиления и линейности АЦП мы рассматриваем линию, соединяющую средние точки этих отрезков).

В обоих случаях полная цифровая шкала (все "1") соответствует полной аналоговой шкале минус значение младшего разряда LSB (значение, формируемое источником опорного напряжения или кратная ему величина). Это происходит потому, что, как упоминалось выше, цифровой код представляет собой нормализованное отношение аналогового сигнала к опорному сигналу.

Переходы АЦП (идеальные) имеют место, начиная с ¹/2 LSB выше нуля, и далее через каждый LSB, до 1¹/₂ LSB ниже полной аналоговой шкалы. Так как входной аналоговый сигнал АЦП может иметь любое значение, а выходной цифровой сигнал квантуется, может существовать различие до ¹/₂ LSB между реальным входным аналоговым сигналом и точным значением выходного цифрового сигнала. Этот эффект известен как ошибка (погрешность) или неопределенность квантования и проиллюстрирован на рис. 2.9. В приложениях, использующих сигналы переменного тока, эта ошибка квантования вызывает явление, называемое шумом квантования, которое будет обсуждаться в следующей главе.

Для преобразователей данных существует много способов цифрового кодирования: двоичное кодирование, двоичное кодирование со смещением, кодирование дополнительным кодом по основанию 1, дополнительным кодом по основанию 2, кодом Грея, двоично-десятичным кодом и другие. В примерах этой части, посвященной главным образом обсуждению проблем, связанных с аналоговым трактом преобразователей, будут использоваться простой двоичный код и двоичный код со смещением без рассмотрения достоинств и недостатков этих и любых других способов цифрового кодирования.

В примерах на рис. 2.8 и 2.9 применяются униполярные преобразователи, работающие с сигналом только одной полярности. Это самый простой тип, но в реальных приложениях более полезны биполярные преобразователи. Имеется два типа биполярных преобразователей. Более простой из них — это в сущности просто униполярный преобразователь с отрицательным смещением на величину, соответствующую единице старшего разряда (MSB), (во многих преобразователях можно переключать это смещение, чтобы использовать их и как униполярные, и как биполярные). Другой, более сложный тип, известен как преобразователь знака (sign-magnitude) и имеет N информационных разрядов, а также дополнительный разряд, который показывает знак аналогового сигнала. ЦАП типа sign-magnitude применяется довольно редко, а на АЦП типа sign-magnitude сконструированы большинство цифровых вольтметров (DVM).

В АЦП и ЦАП различают четыре типа погрешностей по постоянному току: погрешность смещения, погрешность усиления и два типа погрешностей, связанных с линейностью. Погрешности смещения и усиления АЦП и ЦАП аналогичны погрешностям смещения и усиления в усилителях. На рис. 2.10 показано преобразование входных сигналов биполярного диапазона (хотя погрешность смещения и погрешность нуля, идентичные в усилителях и униполярных АЦП и ЦАП, различны в биполярных преобразователях, и это следует учитывать).

Характеристики передачи и ЦАП, и АЦП могут быть выражены как D = K + GA, где D — цифровой код, А — аналоговый сигнал, К и G — константы. В униполярном преобразователе К равно 0, в биполярном преобразователе со смещением — 1 MSB. Погрешность смещения — это величина, на которую фактическое значение К отличается от идеального значения. Погрешность усиления — это величина, на которую G отличается от идеального значения. В общем случае, погрешность усиления может быть выражена разностью двух коэффициентов, выраженной в процентах. Эту разность можно рассматривать, как вклад погрешности усиления (в мВ или значениях младшего разряда LSB) в общую погрешность при максимальном значении сигнала. Обычно пользователю предоставляется возможность минимизации этих погрешностей. Обратите внимание, что, в случае операционного усилителя сначала регулируют смещение усилителя при нулевом входном сигнале, а затем настраивают коэффициент усиления при значении входного сигнала, близких к максимальному. Алгоритм настройки биполярных преобразователей более сложен.

Интегральная нелинейность ЦАП и АЦП аналогична нелинейности усилителя и определяется как максимальное отклонение фактической характеристики передачи преобразователя от прямой линии. В общем случае, она выражается в процентах от полной шкалы (но может представляться в значениях младших разрядов). Существует два общих метода аппроксимации характеристики передачи: метод конечных точек (end point) и метод наилучшей прямой (best straight line) (см. рис. 2.11).

При использовании метода конечных точек измеряется отклонение произвольной точки характеристики (после коррекции усиления) от прямой, проведенной из начала координат. Таким образом в компании Analog Devices, Inc. измеряют значения интегральной нелинейности преобразователей, используемых в задачах измерения и управления (так как величина погрешности зависит от отклонения от идеальной характеристики, а не от произвольного "наилучшего приближения").

Метод наилучшей прямой дает более адекватный прогноз искажений в приложениях, имеющих дело с сигналами переменного тока. Он менее чувствителен к нелинейностям технических характеристик. По методу наилучшего приближения через характеристику передачи устройства проводят прямую линию, используя стандартные методы интерполяции кривой. После этого максимальное отклонение измеряется от построенной прямой. Как правило, интегральная нелинейность, измеренная таким образом, учитывает только 50 % нелинейности, оцененной методом конечных точек. Это делает метод предпочтительным при указании впечатляющих технических характеристик в спецификации, но менее полезным для анализа реальных значений погрешностей. Для приложений, имеющих дело с сигналами переменного тока, лучше определять гармонические искажения, чем нелинейность по постоянному току, так что для определения нелинейности преобразователя необходимость в использовании метода наилучшей прямой возникает довольно редко.

Другой тип нелинейности преобразователей — дифференциальная нелинейность (DNL). Она связана с нелинейностью кодовых переходов преобразователя. В идеальном случае изменение на единицу младшего разряда цифрового кода точно соответствует изменению аналогового сигнала на величину единицы младшего разряда. В ЦАП изменение одного младшего разряда цифрового кода должно вызывать изменение сигнала на аналоговом выходе, в точности соответствующее величине младшего разряда. В то же время в АЦП при переходе с одного цифрового уровня на следующий значение сигнала на аналоговом входе должно измениться точно на величину, соответствующую младшему разряду цифровой шкалы.

Там, где изменение аналогового сигнала, соответствующее изменению единицы младшего разряда цифрового кода, больше или меньше этой величины, говорят об дифференциальной нелинейной (DNL) погрешности. DNL-погрешность преобразователя обычно определяется как максимальное значение дифференциальной нелинейности, выявляемое на любом переходе.

Если дифференциальная нелинейность ЦАП меньше, чем -1 LSB на любом переходе (см. рис. 2.12), ЦАП называют немонотонным, и его характеристика передачи содержит один или несколько локальных максимумов или минимумов.

Дифференциальная нелинейность, большая чем +1 LSB, не вызывает нарушения монотонности, но также нежелательна. Во многих приложениях ЦАП (особенно в системах с обратной связью, где немонотонность может изменить отрицательную обратную связь на положительную) монотонность ЦАП очень важна. Часто монотонность ЦАП явно оговаривается в техническом описании, хотя, если дифференциальная нелинейность гарантированно меньше единицы младшего разряда (то есть, |DNL| < 1LSB), устройство будет обладать монотонностью, даже если это явно не указывается.

Бывает, что АЦП немонотонен, но наиболее распространенным проявлением DNL в АЦП являются пропущенные коды. (см. рис. 2.13). Пропущенные коды (или немонотонность) в АЦП столь же нежелательны, как немонотонность в ЦАП. Опять таки, это возникает при DNL > 1 LSB.

Определение отсутствующих кодов сложнее, чем определение немонотонности. Все АЦП характеризуются некоторым шумом перехода (transition noise), иллюстрируемым на рис. 2.14 (представьте себе этот шум как мелькание последней цифры цифрового вольтметра между соседними значениями).

По мере роста разрешающей способности диапазон входного сигнала, соответствующий уровню шума перехода, может достичь или даже превысить значение сигнала, соответствующее единице младшего разряда. В таком случае, особенно в сочетании с отрицательной DNL-погрешностью, может случиться так, что появятся некоторые (или даже все) коды, где шум перехода будет присутствовать во всем диапазоне значений входных сигналов. Таким образом, возможно существование некоторых кодов, для которых не существует значения входного сигнала, при котором этот код гарантированно бы появился на выходе, хотя и может существовать некоторый диапазон входного сигнала, при котором иногда будет появляться этот код.

Для АЦП с невысокой разрешающей способностью можно определить условие отсутствия пропущенных кодов как сочетание шума перехода и дифференциальной нелинейности, при котором гарантировался бы некоторый уровень (скажем, 0.2 LSB) свободного от шума кода для всех кодов. Однако при этом невозможно достичь столь высокой разрешающей способности, которую обеспечивают современные сигма-дельта АЦП, или даже меньшей разрешающей способности для АЦП с широкой полосой пропускания. В этих случаях производитель должен определять уровни шумов и разрешающую способность каким-нибудь другим способом. Не так важно, какой метод используется, но спецификация должна содержать четкое определение используемого метода и ожидаемые характеристики.

Погрешности по переменному току в преобразователях данных

В течение последнего десятилетия основное применение АЦП и ЦАП находят в дискретизации и восстановлении аналоговых сигналов переменного тока. Очень упрощенно, дискретная система — это система, где мгновенное значение сигнала переменного тока оцифровывается с периодическими интервалами. Полученные цифровые коды могут использоваться для сохранения формы сигнала (на компакт-дисках CD или цифровых магнитных лентах DAT), для сложных вычислений с отсчетами (цифровая обработка сигнала DSP), для фильтрации, компрессии и других операций. Обратная операция — восстановление — требуется, когда ряд цифровых кодов подается на ЦАП для восстановления формы аналогового сигнала. Здесь ярким примером является CD-или DAT-плеер, но эта технология очень широко используется также в телекоммуникациях, радио, синтезаторах и во многих других областях.

Преобразователи данных, используемые в этих приложениях, должны иметь высокую производительность при работе с сигналами переменного тока, но могут обходиться без хороших характеристик тракта по постоянномутоку. Первые высококачественные преобразователи, разработанные для таких приложений, обычно создавались с хорошими характеристиками по переменному току, но плохими или ненормированными характеристиками по постоянному току. Сегодня существуют более приемлемые проектные компромиссы, и большинство преобразователей имеют гарантированные характеристики по постоянному и переменному току. Тем не менее, ЦАП для цифровой звукозаписи, которые должны быть чрезвычайно конкурентоспособны по цене, продаются со сравнительно низкими характеристиками по постоянному току, но не из-за низкой производительности по постоянному току, а из-за отсутствия проверки качества в ходе производства.

Если обсуждение параметров по постоянному току можно производить одновременно и для ЦАП, и для АЦП, то их характеристики по переменному току слишком различаются и потому заслуживают раздельного рассмотрения.

Искажения и шум в идеальном N-разрядном АЦП

К настоящему времени мы анализировали процесс дискретизации без рассмотрения такой операции АЦП, как квантование. Теперь будем трактовать АЦП как идеальный дискретизатор, но учитывать при этом эффекты квантования.

Идеальный N-разрядный АЦП имеет погрешности (по постоянному или переменному току), связанные только с процессами дискретизации и квантования. Максимальная погрешность, которую имеет идеальный АЦП при оцифровывании входного сигнала, равна ±1/2 LSB. Любой аналоговый сигнал, поступающий на вход идеального N-разрядного АЦП, производит шум квантования. Среднеквадратичное значение шума (измеренное по ширине полосы Найквиста, от постоянного тока до f_s/2) приблизительно равно весу наименьшего значащего разряда (LSB) q, деленному на √12. (см. Приложение 2). При этом предполагается, что амплитуда сигнала составляет, по крайней мере, несколько младших разрядов, так что выход АЦП изменяет свое состояние почти при каждом отсчете. Сигнал ошибки квантования от входного линейного пилообразного сигнала аппроксимируется сигналом пилообразной формы с максимальным размахом q, и его среднеквадратичное значение равно q/√12 (см. рис. 2.15).

Можно показать, что отношение среднеквадратичного значения синусоидального сигнала, соответствующего полной шкале, к среднеквадратичному значению шума квантования (выраженное в дБ) равно:

SNR = 6,02∙N + 1,76 дБ,

где N — число разрядов в идеальном АЦП. Это уравнение имеет силу только в том случае, если шум измерен на полной ширине полосы Найквиста от 0 до f_s /2, как показано на рис. 2.16.

Если ширина полосы сигнала BW меньше f_s/2, то значение отношения сигнал/шум (SNR) в пределах ширины полосы сигнала BW возрастет вследствие уменьшения энергии шума квантования в пределах ширины полосы. Для этого условия правильным будет следующее выражение:

SNR = 6,02∙N + 1,76 дБ + 10∙log(f_s/(2∙BW))

Приведенное уравнение отражает состояние, именуемое избыточной дискретизацией, при котором частота дискретизации выше, чем удвоенная ширина полосы сигнала. Корректирующую величину часто называют запасом по дискретизации. Обратите внимание, что для данной ширины полосы сигнала удвоенная частота дискретизации увеличивает отношение сигнал/шум на 3 дБ.

Хотя среднеквадратичное значение шума довольно точно приближается к q/√12, его частотная область может сильно коррелировать с входным аналоговым сигналом. Например, корреляция будет больше для периодического сигнала малой амплитуды, чем для случайного сигнала большой амплитуды. Весьма часто в теории полагают, что шум квантования появляется в виде белого шума, распределенного равномерно по всей ширине полосы Найквиста от 0 до f_s/2. К сожалению, это не так. В случае сильной корреляции шум квантования будет сконцентрирован около каких угодно гармоник входного сигнала, но только не там, где бы Вы хотели.

В большинстве приложений входной сигнал АЦП представляет собой полосу частот (он обычно смешан с некоторым шумом) со случайным шумом квантования. Тем не менее, в приложениях спектрального анализа (или при выполнении БПФ на АЦП, использующих спектрально чистый синусоидальный сигнал, см. рис. 2.17) корреляция между шумом квантования и сигналом зависит от отношения частоты дискретизации к частоте входного сигнала.

Это демонстрируется на рис. 2.18, где идеальный выход 12-разрядного АЦП представлен с использованием БПФ с 4096 точками. На левом графике отношение частоты дискретизации к входной частоте было выбрано равным точно 32, и худшая гармоника составляет 76 дБ от основной частоты. Правый график показывает эффект некоторого смещенного отношения, приводящего к относительному разбросу спектра случайного шума, благодаря которому динамический диапазон, свободный от гармоник (SFDR), достигает 92 дБ. В обоих случаях среднеквадратичное значение всех шумовых компонентов равно q/√12, но в первом случае шум сконцентрирован около гармоник основной частоты.

Обратите внимание, что это изменение нелинейных искажений АЦП является следствием процесса дискретизации и корреляции ошибки квантования с входной частотой. В практике аналого-цифрового преобразования ошибка квантования вообще проявляется как случайный шум из-за случайной природы широкополосного входного сигнала и того факта, что обычно имеется небольшой шум системы, который действует, как подмешиваемый псевдослучайный сигнал при дальнейшем распределении спектра ошибки квантования.

Отмеченное очень важно, потому что для определения характеристик АЦП часто используется быстрое преобразование Фурье (БПФ) для монотонного синусоидального сигнала. Для точного измерения нелинейных искажений АЦП должны быть предприняты шаги, гарантирующие, что испытательная установка верно измеряет искажения, идущие от АЦП, с учетом эффекта корреляции шума квантования. Это достигается соответствующим выбором соотношения испытательных частот и частот дискретизации, а иногда — добавлением к входному сигналу некоторого шума (псевдослучайного сигнала).

Вернувшись к рис. 2.18, обратите внимание, что минимальный уровень шума, полученного с помощью БПФ, приблизительно равен 100 дБ от полной шкалы АЦП, тогда как теоретическое отношение сигнал/шум 12-разрядного АЦП равно 74 дБ. Минимальный уровень шума от БПФ не равен отношению сигнал/шум АЦП, потому что БПФ действует, подобно аналоговому анализатору спектра с шириной полосы f_s/M, где М — число точек БПФ. Теоретически минимальный уровень шума БПФ равен 10∙log₁₀(M/2) дБ, то есть ниже минимального уровня шума квантования из-за так называемого выигрыша БПФ в отношении сигнал/шум (см. рис. 2.19).

В случае идеального 12-разрядного АЦП с отношением сигнал/шум 74 дБ, использование БПФ с 4096 точками привело бы к выигрышу в отношении сигнал/шум в 10∙log₁₀(4096/2) = 33 дБ, приводя, таким образом, к предельному отношению сигнал/шум 74 + 33 = 107 дБ. В действительности, минимальный уровень шума БПФ может быть еще уменьшен за счет увеличения количества точек БПФ, подобно тому, как минимальный уровень шума аналогового анализатора спектра может быть уменьшен за счет сужения ширины полосы пропускания. При испытаниях АЦП, использующих БПФ, важно быть уверенным, что количество точек БПФ достаточно велико для того, чтобы нелинейные искажения можно было отличить от минимального уровня шума БПФ.

Искажение и шум в реальных АЦП

На практике дискретизация сигнала в АЦП (с интегрированным устройством выборки-хранения УВХ), независимо от архитектуры, проходит при наличии шумов и искажений сигнала, как это показано на рис. 2.20.

Широкополосному аналоговому входному буферу присущи широкополосный шум, нелинейность и конечная ширина полосы. УВХ (SHA) вносит дальнейшую нелинейность, ограничение полосы и дрожание апертуры. Квантующая часть АЦП вносит шум квантования, интегральную и дифференциальную нелинейности. В этом обсуждении предполагается, что сигналы с последовательных выходов АЦП загружаются в буферную память длиной М и что БПФ процессор имеет спектральный выход. Также допускается, что арифметические операции БПФ не вносят никаких существенных погрешностей в АЦП. Однако при проверке минимального выходного уровня шума должен быть рассмотрен выигрыш в отношении сигнал/шум БПФ (зависящий от М).

Приведенный ко входу тепловой шум

Широкополосные внутренние цепи АЦП вносят некоторое среднеквадратичное значение широкополосного шума из-за воздействия тепла и дисперсии шума kТ/С. Этот шум присутствует даже для сигналов постоянного тока и объясняет тот факт, что результатом работы большинства широкополосных (с высокой разрешающей способностью) АЦП является распределение кодов, сконцентрированное вокруг номинального значения входного сигнала (см. рис. 2.21).

Чтобы измерить его значение, вход АЦП заземляется, накапливается большое количество выходных отсчетов и составляется график в виде гистограммы (иногда упоминаемый как гистограмма с заземленным входом). Так как шум имеет почти Гауссово распределение, стандартное отклонение гистограммы легко рассчитывается (см. Приложение 3) в соответствии с эффективным среднеквадратичным значением входного шума. Обычной практикой для выражения среднеквадратичного значения шума является его выражение в терминах младших разрядов, хотя оно может быть выражено как среднеквадратичное значение напряжения.

Существуют различные способы описания характеристик аналогового тракта АЦП. На ранней стадии технологии АЦП (более 30 лет назад) не существовало серьезной стандартизации характеристик аналогового тракта, измерительного оборудования и методов или они не были хорошо изучены либо были недоступны. Спустя почти 30 лет производители и заказчики узнали больше об измерении динамических характеристик преобразователей. Спецификации наиболее популярных сегодня преобразователей представлены на рис. 2.22. Фактически все спецификации представляют характеристики преобразователя в частотной области. БПФ является основой практически всех измерений и подробно обсуждается в разделе 5 этой книги.

ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЦП

— Гармонические искажения

— Наихудшие гармоники

— Общие гармонические искажения (THD)

— Общие гармонические искажения и шум (THD + N)

— Отношение сигнал-шум и искажения (SINAD, or S/N +D)

— Эффективное количество разрядов (ENOB)

— Отношение сигнал-шум (SNR)

— Аналоговая полоса пропускания (для полного сигнала, для малого сигнала)

— Динамический диапазон, свободный от гармоник (SFDR)

— Двухтональные интермодуляционные искажения

— Многотональные интермодуляционные искажения

Рис. 2.22

Явления интегральных и дифференциальных нелинейных искажений

Одним из важнейших для понимания аспектов при определении нелинейности АЦП и ЦАП является то, что передаточная функция преобразователя данных имеет особенности, которые отсутствуют в обычных линейных устройствах типа операционных усилителей (ОУ) или усилительных блоков. Полная интегральная нелинейность АЦП обусловлена интегральной нелинейностью входного буфера, УВХ (SHA) и полной интегральной нелинейностью передаточной функции АЦП. Но дифференциальная нелинейность, которая присутствует исключительно вследствие цифрового кодирования, может значительно изменяться в зависимости от принципов применяемого цифрового кодирования АЦП. Полная интегральная нелинейность дает составляющие искажений, у которых амплитуда изменяется в зависимости от амплитуды входного сигнала.

В частности, интермодуляционные составляющие второго порядка увеличиваются на 2 дБ при увеличении сигала на 1 дБ, а составляющие третьего порядка увеличиваются на 3 дБ при повышении уровня сигнала на 1 дБ.

Дифференциальная нелинейность в передаточной функции АЦП порождает гармоники, которые зависят не только от амплитуды сигнала, но и от положения точки дифференциальной нелинейности на передаточной функции АЦП. На рис. 2.23 показаны две передаточные функции АЦП, имеющих различную дифференциальную нелинейность.

Левая диаграмма показывает погрешность, которая имеет место при наличии нелинейности в середине шкалы. Поэтому сигнал, проходящий через эту точку, и при "больших", и при "малых" сигналах подвергается искажениям, не зависящим от относительной амплитуды сигнала. Правая диаграмма показывает другую передаточную функцию АЦП, которая имеет погрешности дифференциальной нелинейности в точках, соответствующих 1/4 и 3/4 полной шкалы. Сигналы, превышающие 1/2 шкалы АЦП, подвергнутся действию этих искажений, в то время как сигналы, не превышающие 1/2 шкалы размаха, не имеют искажений.

Большинство быстродействующих АЦП разработаны так, чтобы дифференциальная нелинейность равномерно распределялась по всей ширине динамического диапазона АЦП. Поэтому для сигналов, которые находятся в пределах нескольких дБ полной шкалы АЦП, полная интегральная нелинейность передаточной функции определяет гармонические искажения. Для сигналов более низких уровней содержание гармоник определяется дифференциальной нелинейностью и в общем случае не уменьшается с уменьшением амплитуды сигнала.

Нелинейные искажения, наихудшая гармоника, общие нелинейные искажения (THD), общие нелинейные искажения плюс шум (THD + N)

Существует множество способов количественного описания искажений в АЦП. Анализ БПФ может использоваться для измерения амплитуды различных гармоник сигнала.

Гармоники входного сигнала могут отличаться от других составляющих искажений их положением в частотном спектре. На рис. 2.24 показан 7 МГц входной сигнал, дискретизированный с частотой 20 MSPS, и положение его первых девяти гармоник. Гармоники частоты f_a попадают на частоты, равные |±Kf_s±nf_a|, где n — порядок гармоники и К = 0, 1, 2, 3….

В общем, только вторая и третья гармоники точно определены в технической документации, потому что они, как правило, наибольшие, хотя в некоторых случаях могут определять значение наихудшей гармоники (worst harmonic). Нелинейные искажения обычно определяются в дБс (децибелы ниже несущей), хотя на звуковых частотах они могут быть определены в процентах. Нелинейные искажения, как правило, определяются при входным сигнале с размахом, близким к полной шкале преобразователя (от 0,5 до 1 дБ ниже полной шкалы для предотвращения амплитудного ограничения), хотя возможно определение их и на любом другом уровне. Для сигналов с размахом, существенно меньшим полной шкалы, из-за дифференциальной нелинейности преобразователя другие составляющие (не прямые гармоники) могут ухудшать характеристики прибора.

Величина полных нелинейных искажений (THD) определяется как отношение среднеквадратичного значения основной частоты сигнала к среднему значению корня из суммы квадратов (root-sum-square) его гармоник (существенны только первые пять). Полные нелинейные искажения АЦП также определяются входным сигналом величиной, близкой к полной шкале АЦП, но могут быть найдены и на любом ином уровне.

Полные нелинейные искажения плюс шум (THD + N) являются отношением среднеквадратичного значения основной частоты сигнала к среднему значению корня из суммы квадратов (root-sum-square) его гармоник и всех шумовых компонент (исключая постоянную составляющую). Ширина полосы, в которой измеряется шум, должна быть задана. В случае БПФ ширина полосы занимает промежуток от 0 до f_s/2 (если ширина полосы измерения от 0 до f_s/2, THD+N = SINAD — см. ниже).

Показатель сигнал/шум/искажения (SINAD), показатель сигнал/шум (SNR) и эффективное число разрядов (ENOB)

Показатель сигнал/шум/искажения (SINAD) и показатель сигнал/шум (SNR) заслуживают особого внимания, потому что все еще имеются некоторые разногласия между производителями АЦП относительно их точного определения. Сигнал/шум/искажения (SINAD, или S/N+D) — это отношение среднеквадратичного значения амплитуды сигнала к среднему значению корня из суммы квадратов (RSS) всех других спектральных компонентов, включая гармоники, но исключая постоянную составляющую. SINAD является хорошим индикатором общих динамических характеристик АЦП, таких как функция входной частоты, потому что включает все компоненты, которые создают шум (включая тепловой шум) и искажения. Он часто представляется в виде графика для различных амплитуд входного сигнала. Если ширина полосы сигнала и шума одинаковы, то SINAD = THD + N. Типичный график для 12-разрядного АЦП AD9220 с частотой дискретизации 10 MSPS представлен на рис. 2.26.

ОТНОШЕНИЕ СИГНАЛ/(ШУМ И ИСКАЖЕНИЯ) (SINAD), ЭФФЕКТИВНАЯ РАЗРЯДНОСТЬ (ENOB), ОТНОШЕНИЕ СИГНАЛ/ШУМ (SNR)

— SINAD (Отношение сигнала к шуму и искажениям):

♦ Отношение среднеквадратичного значения амплитуды сигнала к среднему значению корня из суммы квадратов (RSS) всех остальных составляющих спектра, включая гармоники, но исключая постоянную составляющую.

— ENOB (Эффективная разрядность):

— ENOB = (SINAD — 1.76 дБ)/6.02 дБ

— SNR (Отношение сигнал/шум или отношение сигнал/шум без гармоник):

♦ Отношение среднеквадратичного значения амплитуды сигнала к среднему значению корня из суммы квадратов (RSS) всех остальных составляющих спектра, исключая первые пять гармоник и постоянную составляющую

Рис. 2.25

График SINAD показывает, где характеристики АЦП по переменному току ухудшаются из-за искажений на высоких частотах, причем обычно этот график строится для частот, значительно превышающих частоту Найквиста для оценки характеристик в приложениях, использующих субдискретизацию. SINAD часто преобразуется в эффективное число разрядов (ENOB), используя выражение для теоретического отношения сигнал/шум идеального N-разрядного АЦП: SNR = 6,02N + 1,76dB. Уравнение решается для N, и значение отношения сигнал/шум заменяется на SINAD:

ENOB = (SINAD — 1.76 дБ)/6.02 дБ

Отношение сигнал/шум (SNR или SNR без гармоник) рассчитывается так же, как и SINAD, за исключением того, что из выражения исключаются гармоники сигнала и оставлены только шумовые составляющие. Практически, необходимо исключить только первые пять доминирующих гармоник. Показатель сигнал/шум будет ухудшаться на высоких частотах, но не так быстро как SINAD, так как из него исключены компоненты гармоник.

Во многих описаниях АЦП довольно свободно принимается, что SINAD равно SNR, так что инженер должен быть внимательным при интерпретации этих характеристик.

Аналоговая ширина полосы

Аналоговая ширина полосы АЦП — это та частота, на которой спектральный выход основной смещенной частоты (как было определено при анализе БПФ) уменьшается на 3 дБ. Она может быть определено как для малого сигнала (полоса пропускания малого сигнала SSBW), так и для сигнала на уровне полной шкалы (полоса пропускания максимального сигнала FPBW). Поэтому между производителями могут встречаться большие различия в характеристиках.

Как и для усилителя, спецификация аналоговой полосы пропускания преобразователя не предполагает, что АЦП поддерживает хорошие характеристики гармонических искажений во всей полосе частот. В действительности, SINAD (или ENOB) большинства АЦП начинает ухудшаться значительно раньше, чем частота входного сигнала приблизится к значению, соответствующему ослаблению на 3 дБ. На рис. 2.27 представлены эффективное число разрядов (ENOB) и частотная характеристика входного сигнала, соответствующего полной шкале АЦП с FPBW 1 МГц, но ENOB начинает быстро понижаться на частотах, превышающих 100 кГц.

Динамический диапазон, свободный от гармоник (SFDR)

Вероятно, наиболее значительным моментом для АЦП, используемых в коммуникационных приложениях, является их динамический диапазон, свободный от гармоник (SFDR). Спецификация SFDR для АЦП аналогична спецификации точки пересечения уравнений третьего порядка для смесителей и малошумящих усилителей (LNA). SFDR АЦП определяется как отношение среднеквадратичного значения амплитуды сигнала к среднеквадратичному значению пикового побочного спектрального состава, измеренного в первой зоне Найквиста от 0 до f_s/2. На графике SFDR строится как функция амплитуды сигнала и может быть выражен относительно амплитуды сигнала (дБс) или полной шкалы АЦП (dBFS), как показано на рис. 2.28.

Для сигнала, имеющего амплитуду, близкую к полной шкале АЦП, пиковая спектральная линия определяется несколькими первыми гармониками основной частоты. Но когда сигнал опускается на несколько дБ ниже полной шкалы, появляются другие спектральные линии, которые не являются прямыми гармониками входного сигнала. Это, как обсуждалось ранее, происходит из-за дифференциальной нелинейности передаточной функции АЦП. Поэтому, SFDR учитывает все источники искажения, независимо от их происхождения.

Широкополосный 12-разрядный АЦП AD9042 с частотой дискретизации 41 MSPS, является АЦП, разработанным для коммуникационных приложений, где SFDR очень важен. На рис. 2.29 представлены характеристики SFDR для входного сигнала 19,5 МГц, дискретизированного с частотой 41 MSPS. Обратите внимание, что минимум SFDR в 80 дБс получен во всей первой зоне Найквиста (от 0 до 20 МГц). На графике также показано значение SFDR, выраженное как dBFS.

В общем случае SFDR существенно больше, чем теоретическое значение отношения сигнал/шум N-разрядного АЦП (6,02N + 1,76 дБ). Например, 12-разрядный АЦП AD9042 с SFDR 80 дБс имеет типичное отношение сигнал/шум 65 дБс (теоретическое 74 дБ). Это объясняется тем, что есть существенное различие между измерениями искажений и шума. Выигрыш в отношении сигнал/шум БПФ (33 дБ для БПФ с 4096 точками) допускает существование частотных линий значительно ниже наблюдаемого минимального уровня шума. Увеличение разрешающей способности АЦП может увеличивать отношение сигнал/шум АЦП, но не обязательно улучшает его SFDR.

Двухтональные интермодуляционные искажения (IMD)

Двухтональные интермодуляционные искажения (IMD) измеряют, подавая на АЦП два спектрально чистых синусоидальных сигнала с частотами f₁ и f₂, обычно довольно близкими друг к другу. Амплитуда каждой компоненты устанавливается на 6 дБ ниже полной шкалы для того, чтобы АЦП не входил в ограничение при совпадении сигналов по фазе. На рис. 2.30 показано местоположение составляющих второго и третьего порядка.

Обратите внимание, что составляющие второго порядка приходятся на те частоты, которые могут быть удалены цифровыми фильтрами. Но составляющие третьего порядка 2f₂—f₁ и 2f₁-f₂ располагаются близко к исходным сигналам и их более трудно фильтровать. Если не определено иное, двухтональные интермодуляционные искажения (IMD) относятся к этим составляющим третьего порядка. Значение интермодуляционных искажений выражается в дБс относительно уровня любой из двух первоначальных частот, а не их суммы.

Обратите внимание, что, если частоты имеют значения, близкие к f_s/4, то третьи гармоники основных частот могут затруднить идентификацию компонент 2f₂—f₁ и 2f₁—f₂. Это происходит потому, что третья гармоника f_s/4 равна 3 f_s/4 и она, соответственно, порождает компоненту f_s — 3f_s/4 = f_s/4. Точно также, если две частоты располагаются близко к f_s/3, то вторая гармоника может мешать измерениям по той же причине: вторая гармоника f_s/3 равна 2f_s/3 и она, соответственно, порождает компоненту f_s — 2 f_s/3 = f_s/3.

Концепция точек пересечения кривых второго и третьего порядка неправильна для АЦП, потому что уровень составляющих искажений изменяется непредсказуемым образом (он не является функцией амплитуды сигнала). АЦП начинает ограничивать сигналы, приближающиеся к полной шкале, не постепенно (точка ограничения на 1 дБ отсутствует). Как только сигнал превышает диапазон изменения входных сигналов АЦП, АЦП действует в качестве жесткого ограничителя, внезапно создавая критические искажения из-за амплитудного ограничения. С другой стороны, для сигналов, значительно меньших полной шкалы, уровень искажений остается относительно постоянным и не зависимым от уровня сигнала.

В коммуникационных приложениях часто измеряется многотональный SFDR. Большим числом тонов более точно моделируется широкополосный частотный спектр систем сотовой телефонии типа AMPS и GSM. На рис. 2.31 представлены характеристики 4-тональной интермодуляции 12-разрядного АЦП AD6640 с быстродействием 65 MSPS. Большое значение SFDR увеличивает способность приемника фиксировать слабые сигналы в присутствии сильных и предотвращать маскировку слабых сигналов интермодуляционными помехами сильных.

Уровень собственных шумов (NPR)

Проверка уровня собственных шумов широко применяется для измерения характеристики передачи линии связи, использующей систему с многоканальным доступом с частотным разделением каналов (FDMA) (см. Приложение 4). В типичной FDMA-системе звуковые каналы шириной 4 кГц загружаются в "частотный стек" для передачи через коаксиальный кабель, радиорелейную станцию микроволнового диапазона или спутниковое оборудование. На приемном конце системы FDMA данные демультиплексируются и возвращаются к 4 кГц индивидуальным каналам основной полосы частот. В FDMA системе, имеющей более 100 каналов, сигнал FDMA может быть аппроксимирован Гауссовым шумом с соответствующей шириной полосы. Индивидуальный 4 кГц канал может быть проверен на предмет собственных шумов, используя узкополосный режекторный фильтр и специально настроенный приемник, который измеряет мощность шума внутри 4 кГц полосы подавления (см. рис. 2.32).

Измерения уровня собственных шумов (NPR) производятся весьма просто. Среднеквадратичное значение мощности шума сигнала внутри полосы подавления измеряется узкополосным приемником при отключенном режекторном фильтре. Затем подключается режекторный фильтр и измеряется остаточный шум внутри канала. Отношение этих двух значений, выраженное в дБ, является уровнем собственных шумов (NPR). Для соответствующей характеристики системы проверяется несколько интервалов частот в пределах шумовой полосы (в области низких, средних и высоких частот). Измерение уровня собственных шумов в АЦП осуществляется подобным же образом, за исключением использования аналогового приемника, который заменен буферной памятью и процессором БПФ.

Обычно уровень собственных шумов (NPR) представляется на графике. График NPR отображает функцию среднеквадратичного значения уровня шума в пиковом диапазоне системы. Для очень низкого уровня широкополосного сигнала нежелательным (в нецифровых системах) является, прежде всего, тепловой шум, который независим от уровня входного широкополосного сигнала. В этой части кривой увеличение на 1 дБ подаваемого широкополосного входного сигнала вызывает увеличение уровня собственных шумов на 1 дБ. По мере увеличения уровня широкополосного входного сигнала, усилители в системе начинают работать с перегрузкой, создавая интермодуляционные помехи, которые увеличивают уровень шума системы. По мере того, как входной сигнал продолжает увеличиваться, усиливаются эффекты "шумовой перегрузки" и NPR существенно уменьшается. FDMA-системы обычно работают в режиме, когда уровень подаваемого широкополосного сигнала на несколько дБ ниже точки максимума уровня собственных шумов.

В цифровой системе с АЦП шум в пределах интервала является, прежде всего, шумом квантования, если используются низкие уровни входного широкополосного сигнала. В этой части кривая NPR имеет линейную зависимость. По мере того, как уровень широкополосного входного сигнала увеличивается, некоторое время сохраняется линейное соответствие между уровнем входного шума и NPR. Но на некотором уровне шум амплитудного ограничения, вызванный жестким ограничивающим действием АЦП, начинает преобладать. Теоретическая кривая для 10-, 11- и 12-разрядных АЦП представлена на рис. 2.33 (см. Приложение 5).

В многоканальных высокочастотных коммуникационных системах NPR может, также, использоваться для моделирования искажений, вызванных большим количеством индивидуальных каналов, подобно тому, как это имеет место в FDMA-системе. При этом режекторный фильтр помещается между источником шума и АЦП, и результат расчета БПФ используется вместо аналогового приемника. Для AD9042 ширина полосы режекторного фильтра устанавливается в несколько мегагерц, как показано на рис. 2.34. Здесь уровень собственных шумов (NPR) — это глубина режекции. Идеальный АЦП генерирует только шум квантования внутри полосы режекции, но на практике существуют дополнительные шумовые компоненты из-за интермодуляционных искажений, вызванных нелинейностью АЦП. Обратите внимание, что уровень собственных шумов достигает 60 дБ, тогда как расчетное значение равно 62,7 дБ.

Дрожание апертуры и апертурная задержка

Другая причина того, что отношение сигнал/шум (SNR) АЦП уменьшается с увеличением входной частоты, может быть выведена из рис. 2.35, который показывает эффекты дрожания фазы в дискретизаторе АЦП (или внутреннем в УВХ).

Дрожание фазы вызывает ошибку напряжения, которая является функцией скорости нарастания сигнала и приводит к существенному ухудшению отношения сигнал/шум, как показано на рис. 2.36. Это довольно серьезный эффект, особенно на высоких частотах входного сигнала.

Поэтому, должна соблюдаться особая осторожность при минимизации фазового шума в дискретизаторах любой системы. Эта осторожность должна распространяться на все компоненты, в которых присутствуют тактовые сигналы: непосредственно генератор (например, таймер серии 555 не отвечает требованиям, но даже кварцевый генератор может создавать проблемы, если он используется в активном устройстве совместно с шумной логикой); тракт передачи (эти тактовые сигналы очень уязвимы к помехам всех видов) и фазовый шум, вводимый в АЦП или ЦАП. Общим источником фазового шума в преобразователе является дрожание апертуры в общей цепи УВХ (SHA).

Два десятилетия назад схемы дискретизации АЦП создавались отдельно из УВХ (SHA) и АЦП. Проектирование интерфейса было трудным делом, и главная причина этого заключалась в дрожании апертуры в УВХ. Сегодня большинство систем дискретизации использует схемы дискретизации АЦП с интегрированной схемой УВХ. Дрожание апертуры УВХ может быть не определено явным образом в спецификации, но это не служит поводом для беспокойства, если SNR или ENOB ясно определены. Иными словами, гарантия определенного отношения сигнал/шум (SNR) является неявной гарантией определенного адекватного значения дрожания апертуры. А использование дополнительной высококачественной схемы УВХ иногда приводит к улучшению значений эффективного числа разрядов (ENOB) на высоких частотах даже в лучших дискретизирующих АЦП и может оказаться более выгодным, чем замена АЦП на более дорогую модель.

Необходимо отметить, что существует также фиксированный компонент, который присутствует при определении апертуры дискретизации АЦП. Этот компонент, обычно называемый временем эффективной апертурной задержки, не дает ошибки. Его наличие приводит к появлению интервала между временем команды АЦП на дискретизацию и временем, когда получен реальный отсчет (см. рис. 2.37). Интервал может быть положительным или отрицательным. Изменение или допуск этого параметра важны в приложениях с одновременной дискретизации с помощью двух АЦП или в других приложениях типа I- и Q-демодуляции, где два АЦП требуют совместной синхронизации.

Динамические характеристики ЦАП

Очевидно, что для цифро-аналогового преобразователя наиболее важными являются такие характеристики сигнала, как время установки (settling time), всплеск сигнала вследствие перерегулирования при изменении сигнала на выходе ЦАП, называемый далее ложным сигналом (выбросом, glitch), искажения и свободный от помех динамический диапазон сигнала (SFDR).

Время установки ЦАП — это время от начала изменения цифрового кода до момента, когда сигнал стабилизируется в пределах некоторого диапазона ошибки, как это показано на рис. 2.38. Сравнивать времена установки усилителей трудно, так как их диапазоны ошибки могут отличиться от усилителя к усилителю, но диапазон ошибки ЦАП практически не меняется и равен ±1 или ±¹/_² LSB.

Время установки ЦАП состоит из четырех различных периодов: время переключения (в течение которого цифровое переключение осуществлено, но на выходе нет изменений), переходное время (slewing time) (в течение которого скорость изменения выходного сигнала ограничена скоростью нарастания на выходе ЦАП), время восстановления (recovery time) (когда ЦАП восстанавливает значение после быстрого перехода и может быть выброс на фронте) и линейное время установки (linear settling time) (когда значение на выходе ЦАП приближается к его конечной величине экспоненциально или почти экспоненциально). Если переходное время мало по сравнению с тремя другими (как это обычно бывает в случае с токовыми выходами ЦАП), то время установки не будет существенно зависеть от перепада уровня выходного сигнала. С другой стороны, если переходное время занимает существенную часть общего времени, то время установки будет тем больше, чем больше величина перепада.

В идеале изменения на выходе ЦАП от одной величины до другой должны проходить монотонно. На практике возможно появление выброса фронта (overshoot), отрицательного выброса перед фронтом (undershoot) или то и другое одновременно (см. рис. 2.39). Это неконтролируемое состояние выхода ЦАП в течение перехода известно как ложный сигнал. Он может являться результатом двух явлений: емкостной связи цифровых переходов с аналоговым выходом и свойствами некоторых ключей в ЦАП, работающих более быстро, чем другие, и создающих временные выбросы по уровню.

Емкостная связь часто дает примерно равные положительные и отрицательные выбросы (иногда называемые дуплетом ложного сигнала), которые далее в большей или меньшей степени удается компенсировать. Ложный сигнал, появляющийся вследствие несинхронности переключения, в общем случае униполярен, имеет большую амплитуду и представляет собой гораздо большую проблему.

Для оценки ложных сигналов измеряют площадь, огибаемую фронтом такого сигнала, и иногда неточно называемую энергией ложного сигнала. Употребление термина "энергия ложного сигнала" неправильно, так как площадь под кривой ложного сигнала измеряется вольт-секундами (Volt-seconds) (или более вероятно μV-секунды или pV-секунды). Пиковая площадь под кривой ложного сигнала — это площадь под максимальным положительным или отрицательным импульсом ложного сигнала. Площадь импульса ложного сигнала — это область под вольт-секундной кривой, которая может быть рассчитана после аппроксимации формы сигнала треугольниками и вычисления их площади посредством вычитания отрицательной площади из положительной. Величина ложного сигнала, порождаемого переходом между кодами 0111…111 и 1000…000, обычно является самой большой. Ложные сигналы в других точках перехода кода (таких как 1/4 и 3/4 полной шкалы) обычно имеют меньшую величину. На рис. 2.40 отмечен ложный сигнал быстрого ЦАП с малым значением такого сигнала в середине его динамического диапазона. Пиковые и импульсные площади ложного сигнала рассчитываются с использованием треугольников, как это было описано выше. Время установки измеряется с момента, когда сигнал покидает начальный диапазон ошибки в 1 LSB, и до момента, когда он входит и остается в пределах конечного диапазона ошибки в 1 LSB. Размер шага между областями перехода также равен 1 LSB.

Время установки ЦАП важно в таких приложениях, как блок развертки RGB-сигнала в мониторах, а характеристики в частотной области типа SFDR в общем случае более важны в телекоммуникациях.

Если мы рассмотрим спектр сигнала, преобразованного в ЦАП из цифровой формы, то обнаружим, что, в дополнение к ожидаемому спектру (который будет содержать одну или больше частот, в зависимости от природы восстановленного сигнала), в нем также будет присутствовать шум и составляющие искажений. Искажения могут быть определены в терминах нелинейных искажений, динамического диапазона, свободного от помех (SFDR), интермодуляционных искажений или всех вышеперечисленных вместе. Под нелинейными искажениями понимается отношение высших гармоник к гармонике основной частоты, на которой восстановлен чистый (теоретически) синусоидальный сигнал. Эти искажения являются наиболее общей характеристикой искажений. Динамический диапазон, свободный от помех (SFDR) — это отношение энергии наибольшей из гармоник (обычно — это гармоника основной частоты, но не обязательно) к энергии основной частоты.

При восстановлении с помощью ЦАП синусоидального сигнала, сгенерированного в системе прямого цифрового синтеза (DDS), зависимые от кода ложные сигналы формируют гармоники как внутри полосы, так и за ее пределами. Сигнал проходит через уровень, соответствующий середине шкалы, дважды за один цикл. Поэтому ложный сигнал имеет вторую синусоидальную гармонику, как показано на рис. 2.41. Обратите внимание, что гармоники более высокого порядка, составляющие которых попадают в основную полосу Найквиста (от 0 до f_s/2), не фильтруются.

Руководствуясь одной лишь характеристикой площади под кривой ложного сигнала, трудно предсказать нелинейное искажение или SFDR. Другие факторы, такие как полная линейность ЦАП, также способствуют возникновению искажений. Поэтому, общепринята проверка восстановительной способности ЦАП в частотной области (с использованием анализатора спектра) на различных тактовых и сигнальных частотах, как показано на рис. 2.43. Типичное значение SFDR для 14-разрядного ЦАП AD9772 представлено на рис. 2.44. Тактовая частота равна 65 MSPS и сигнальная частота анализируется до 25 МГц. Как и в случае с АЦП, шум квантования будет проявляться в виде увеличенного нелинейного искажения, если отношение между частотой синхронизации и выходной частотой ЦАП представляется целым числом. Таких отношений нужно избегать при измерении SFDR.

ИСТОЧНИКИ ИСКАЖЕНИЙ В ЦАП СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТЫ (DDS)

• Разрешающая способность ЦАП

• Общая нелинейность

• Дифференциальная нелинейность

• Код-зависимые выбросы

• Отношение тактовой частоты к выходной (даже для идеального ЦАП)

• Аналитический подход затруднен!

Рис. 2.42

Спад частотной характеристики (Rolloff) ЦАП sin (х)/х

Выходной сигнал ЦАП может быть представлен в виде ряда прямоугольных импульсов шириной, равной обратной величине тактовой частоты, как показано на рис. 2.45. Обратите внимание, что восстановленная амплитуда сигнала составляет -3,92 дБ на частоте Найквиста f_c/2. Для компенсации этого эффекта в большинстве случаев достаточно использовать инверсный фильтр sin(x)/x. Значения составляющих основной частоты также ослабляются функцией sin(x)/x.

Глава 3

Аналого-цифровые преобразователи для задач цифровой обработки сигналов

Уолт Кестер, Джеймс Брайэнт

Современная тенденция развития АЦП и ЦАП состоит в увеличении скоростей и разрешающих способностей обработки сигналов при уменьшении уровня потребляемой мощности и напряжения питания. Современные преобразователи данных в основном работают на напряжениях питания ±5V (двуполярный источник питания), +5V или +3V(однополярный источник питания). В действительности, число устройств с напряжением питания +3V быстро увеличивается вследствие появления для них большого числа новых рынков сбыта, таких как цифровые камеры, видеокамеры и телефоны сотовой связи. Эта тенденция создала множество проектных и конструкторских проблем, которым не придавалось значения в разработках более ранних преобразователей, использовавших стандартное напряжение питания ±15V и диапазон изменения входных сигналов ±10V.

Более низкие напряжения питания подразумевают меньшие диапазоны входных напряжений и, следовательно, большую чувствительность к разного вида помехам: шумам от источников питания, некачественным опорным и цифровым сигналам, электромагнитным воздействиям и радиопомехам (EMI/RFI) и, возможно наиболее важный момент — к некачественным методам развязки, заземления и размещения компонентов на печатной плате. В АЦП с однополярным источником питания диапазон изменения входных сигналов обычно отсчитывается вне связи с «землей». При этом проблема заключается в поиске совместимых усилителей с однополярным питанием для нормализации сигнала на входе АЦП и в осуществлении необходимого сдвига входного сигнала относительно «земли» в приложениях с непосредственной связью.

Несмотря на эти проблемы, в настоящее время доступны компоненты, которые обладают чрезвычайно высокими разрешающими способностями при низких напряжениях питания и малой потребляемой мощности. Этот раздел посвящен обсуждению проблемы создания приложений на базе таких компонентов и описанию методов успешного проектирования таких систем.

Наиболее популярные АЦП для приложений цифровой обработки сигналов (ЦОС) базируются на пяти основных архитектурах: АЦП последовательного приближения, сигма-дельта АЦП, АЦП параллельной обработки (flash), АЦП конвейерной обработки (pipelined) и АЦП последовательного счета (Bit-Per-Stage).

ОСОБЕННОСТИ АЦП С НИЗКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ ПИТАНИЯ И МАЛЫМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ

• Типичные напряжения питания: ±5 В, +5 В, +5/+3 В, +3 В

• Из-за малой амплитуды сигнала устройство чувствительно ко всем типам шумов (собственные шумы устройства, источника питания, логики и т. п.)

• Шумы устройства увеличиваются вследствие малых токов

• Ограничения по величине синфазного входного напряжения

• Критичен выбор входного буферного усилителя

• При высокой разрешающей способности желателен режим автокалибровки

Рис. 3.1

АЦП ДЛЯ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОРОВ

• Последовательного приближения:

♦ Разрешение до 16 бит

♦ Минимальное время задержки, может работать в режиме однократного преобразования

♦ Используются в мультиплексированных системах сбора данных

• Сигма-Дельта (IA):

♦ Разрешение до 24 бит

♦ Превосходная дифференциальная линейность

♦ Встроенный цифровой фильтр (возможно с линейной фазой)

♦ Большое время задержки (время ожидания выходного сигнала)

♦ Трудно мультиплексировать входы из-за временных затрат на установку цифрового фильтра

• Высокоскоростные архитектуры:

♦ Параллельный АЦП (Flash)

♦ Субинтервальный (subranging) или конвейерный (pipelined)

♦ Последовательного счета (Bit-Per-Stage)

Рис. 3.2

АЦП ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ

АЦП последовательного приближения много лет были главным инструментом преобразования сигнала. Недавние усовершенствования разработчиков расширили диапазон частот дискретизации этих АЦП до мегагерц. Использование методов внутренних коммутируемых конденсаторов вместе с методами автокалибровки расширяет разрешающую способность этих АЦП до 16 разрядов на стандартных CMOS-процессах без необходимости в дорогой тонкопленочной лазерной подстройке.

Основные элементы АЦП последовательного приближения представлены на рис. 3.3. Этот АЦП выполняет преобразования в командном режиме. После подачи команды CONVERT START устройство выборки-хранения УВХ (SHA) устанавливается в режим хранения, и все разряды регистра последовательного приближения РПП (SAR) сбрасываются в "О", кроме старшего значащего разряда (MSB), который устанавливается в "1". Выходной сигнал регистра последовательного приближения (РПП) подается на внутренний ЦАП. Если выходной сигнал ЦАП больше, чем аналоговый входной сигнал, старший разряд РПП сбрасывается, в противном случае он остается установленным. Затем следующий старший значащий разряд устанавливается в "1". Если сигнал на выходе ЦАП больше, чем аналоговый входной сигнал, старший разряд РПП сбрасывается, в противном случае бит остается установленным. Описанный процесс поочередно повторяется для каждого разряда. Когда все разряды, в соответствии с входным сигналом, будут установлены в "0" или в "1", содержимое регистра последовательного приближения придет в соответствие со значением аналогового входного сигнала, и преобразование завершится. Если рассматриваемый АЦП имеет выход в виде последовательного порта, то последовательно поступаемые биты можно непосредственно передавать на выход.

Окончание преобразования индицируется сигналами end-of-convert (EOC), data-ready (DRDY) или BUSY (фактически, отсутствие сигнала BUSY индицирует окончание преобразования). Полярности и наименование этого сигнала могут отличаться для различных АЦП последовательного приближения, но основная концепция сохраняется. В начале интервала преобразования логический уровень сигнала высокий (или низкий) и остается в этом состоянии, пока преобразование не закончено. Затем уровень сигнала становиться низким (или высоким). Фронт сигнала индицирует наличие выходных данных.

N-разрядное преобразование осуществляется за N шагов. На первый взгляд может показаться, что 16-разрядному преобразователю для выполнения преобразования требуется в два раза больше времени, чем 8-разрядному преобразователю, но это не так. В 8-разрядном преобразователе перед принятием решения о значении очередного бита ЦАП должен установить на своем выходе сигнал с точностью, соответствующей 8 разрядам, в то время как ЦАП 16-разрядного преобразователя должен установить сигнала на своем выходе с точностью, соответствующей 16 разрядам, что занимает значительно больше времени. На практике 8-разрядный АЦП последовательного приближения может затрачивать на преобразование несколько сотен наносекунд, в то время как 16-разрядному АЦП требуется несколько микросекунд.

Обратите внимание, что общая точность и линейность АЦП последовательного приближения определяется, прежде всего, внутренним ЦАП. До недавнего времени в большинстве прецизионных АЦП последовательного приближения для достижения желательной точности и линейности использовалась тонкопленочная лазерная подгонка. Процесс подстройки тонкопленочного резистора увеличивает стоимость системы, а значение сопротивления тонкопленочного резистора может измениться при механическом воздействии на корпус микросхемы.

По этим причинам в более новых АЦП последовательного приближения стали популярными ЦАП с коммутируемыми конденсаторами (или конденсаторами с перераспределением заряда). Преимущество ЦАП с коммутируемыми конденсаторами состоит в том, что их точность и линейность определяются, прежде всего, качеством фотолитографии, которое, в свою очередь, зависит от площади конденсаторных пластин, емкости и соотношения емкостей конденсаторов. Кроме того, для достижения высокой точности и линейности конденсаторы малой емкости могут подключаться параллельно основным конденсаторам или отключаться от них в соответствии с алгоритмом автокалибровки без необходимости применения тонкопленочной лазерной подстройки.

Согласование температурных характеристик коммутируемых конденсаторов может быть лучше, чем 1 ррт/°С, чем и обеспечивается высокая температурная стабильность. Простой 3-разрядный ЦАП на переключаемых конденсаторах представлен на рис. 3.4.

Переключатели (коммутаторы) показаны в режиме выборки, или дискретизации, когда напряжением аналогового входного сигнала A_IN регулярно заряжается и разряжается параллельная комбинация всех конденсаторов. Режим хранения инициируется открытием S_IN. При этом напряжение аналогового входного сигнала на конденсаторной матрице остается дискретным. Затем открывается переключатель Sc, разрешая изменения Напряжения в точке А по мере коммутации переключателей разрядов. Если S1, S2, S3 и S4 замкнуты на «землю», в точке А появляется напряжение, равное — A_IN. Замыкание S1 на V_RE добавляет к — A_IN напряжение, равное V_REF/2. Затем компаратор принимает решение относительно значения старшего значащего разряда, и РПП либо оставляет S1 соединенным с V_REF, либо подключает его к «земле», в зависимости от сигнала на выходе компаратора (нулевое или единичное значение выхода компаратора зависит от того, является ли напряжение в узле отрицательным или положительным). Аналогичный процесс проходит и в оставшихся двух разрядах. В конце интервала преобразования S1, S2, S3, S4 и S_IN замыкаются на A_IN, S_C подключается к «земле», после чего преобразователь готов к новому циклу.

Обратите внимание, что для выполнения двоичного деления при управлении конденсаторами отдельных разрядов требуется дополнительный конденсатор младшего разряда (LSB) (емкостью С/4 в случае 3-разрядного ЦАП) для того, чтобы полное значение емкости конденсаторной матрицы равнялось 2С.

Работа "конденсаторного" ЦАП подобна работе резистивного R/2R ЦАП. Когда индивидуальный конденсатор разряда подключен к V_REF, делитель напряжения, созданный конденсатором разряда и общей емкостью матрицы (2С), добавляет в точке А напряжение, равное весу этого разряда. Когда индивидуальный конденсатор разряда подключен к «земле», такое же напряжение, пропорциональное весу этого разряда, вычитается из суммарного напряжения в точке А.

Будучи весьма популярными, АЦП последовательного приближения поставляются с широкой гаммой разрешающих способностей, частот дискретизации, опций ввода-вывода, конструктивного исполнения и стоимостных показателей. Невозможно перечислить все их типы, поэтому на рис. 3.5 представлен ряд последних, наиболее представительных РПП АЦП последовательного приближения компании Analog Devices. Обратите внимание, что многие устройства являются полными системами сбора данных с входными мультиплексорами, которые позволяют одному "ядру" АЦП обрабатывать много аналоговых каналов.

Несмотря на некоторые различия, основные принципы синхронизации большинства АЦП последовательного приближения сходны и достаточно просты (см. рис. 3.6). Процесс преобразования инициируется сигналом CONVERT START. Сигнал  представляет собой отрицательный импульс, положительный фронт которого запускает преобразование. Устройство выборки-хранения (УВХ) этим фронтом устанавливается в режим хранения и, используя алгоритм последовательного приближения, определяет различные разряды. Отрицательный фронт импульса  устанавливает высокий уровень сигналов  или BUSY. По завершении преобразования устанавливается низкий уровень сигнала BUSY. В большинстве случаев задний фронт сигнала BUSY может использоваться в качестве индикатора корректности выходных данных и его можно использовать для записи выходных данных во внешний регистр. Но вследствие множества различий в терминологии и конструкции различных АЦП, при использовании определенного АЦП, следует всегда принимать во внимание конкретную спецификацию.

Необходимо также отметить, что некоторые АЦП последовательного приближения дополнительно к команде CONVERT START требуют внешней высокочастотной синхронизации, хотя в большинстве случаев необходимости в двух синхронизаторах нет. Частота внешнего синхронизатора, если он требуется, находится в диапазоне от 1 МГц до 30 МГц в зависимости от времени преобразования и разрешающей способности АЦП. В других АЦП последовательного приближения есть внутренний генератор, который используется для выполнения преобразования и требует только команды CONVERT START. Благодаря своей архитектуре, АЦП последовательного приближения допускают любую скорость повторения однократного преобразования, от 0 до максимального быстродействия преобразователя.

В АЦП последовательного приближения выходные данные, соответствующие дискретному входному сигналу, формируются в конце соответствующего интервала преобразования. Иначе обстоит дело в АЦП, построенных с использованием другой архитектуры, таких как сигма-дельта АЦП или АЦП с двухступенчатым конвейером, представленный на рис. 3.7.

Показанный на рисунке АЦП является 12-разрядным двухступенчатым конвейерным (pipelined), или субинтервальным, преобразователем. Первое преобразование выполняется 6-разрядным АЦП, который управляет 6-разрядным ЦАП. На выходе 6-разрядного ЦАП получается 6-разрядное приближение аналогового входного сигнала. Обратите внимание, что УВХ2 осуществляет временную задержку аналогового сигнала, пока 6-разрядный АЦП производит преобразование и 6-разрядный ЦАП устанавливает требуемый сигнал на выходе. Затем полученное с помощью ЦАП приближение вычитается из аналогового сигнала на выходе УВХ2, результат усиливается и оцифровывается 7-разрядным АЦП. Результаты этих двух преобразований объединяются, и дополнительный разряд используется для исправления ошибки, полученной при первом преобразовании. Типичные временные соотношения, соответствующие преобразователю этого типа, показаны на рис. 3.8. Важно, что выходные данные, представленные сразу после отсчета X, фактически соответствуют отсчету Х-2, то есть существует конвейерная задержка в два такта. Конвейерная архитектура свойственна высокоскоростным АЦП и, в большинстве случаев, конвейерная задержка не является главной проблемой системы в большинстве приложений, где используется этот тип преобразователя.

Конвейерные АЦП могут иметь более двух тактов задержки в зависимости от специфики своей архитектуры. Например, возможно выполнение преобразования за три, четыре или, возможно, даже большее количество конвейерных ступеней, что вызывает дополнительную задержку выходных данных.

Поэтому, если АЦП используется в событийно-управляемом (event-triggered) (или однократном single-shot) режиме, требующем однозначного соответствия времени между каждым отсчетом и соответствующими данными, то конвейерная задержка может привести к нежелательному результату, и в этом случае более предпочтительна архитектура АЦП последовательного приближения. Конвейерная задержка или ожидание могут также создать проблемы в высокоскоростных системах управления с обратной связью или в приложениях с мультиплексированием данных. Кроме того, некоторые конвейерные преобразователи рассчитаны на определенную минимально допустимую скорость преобразования и должны непрерывно поддерживаться в рабочем состоянии для предотвращения насыщения внутренних узлов.

АЦП последовательного приближения с коммутируемыми конденсаторами имеет небуферированные входные цепи, подобные схеме, показанной на рис. 3.9 для АЦП AD7858/59. За время сбора данных аналоговый входной сигнал должен зарядить эквивалентную входную емкость 20 пФ до необходимой величины. Если входной сигнал является сигналом постоянного тока, то сопротивление источника Rs, включенное последовательно с внутренним сопротивлением выключателя 125 Ом, создает задержку с некоторой постоянной времени. Для достижения 12-разрядной точности необходимо предусмотреть интервал ожидания, соответствующий приблизительно промежутку в 9 постоянных времени для стабилизации сигнала на входе. Это определяет минимальное допустимое время выборки (достижение 14-разрядной точности требует приблизительно 10 постоянных времени, а 16-разрядная точность требует приблизительно 11 постоянных времени).

t_ACQ > 9 x (R_S + 125) Ом х 20 пФ.

Например, если R_S = 50 Ом, то время выборки в этой формуле должно быть, по крайней мере, 310 нc.

В приложениях переменного тока, чтобы предотвратить искажения из-за нелинейности входной цепи АЦП, должны использоваться источники сигнала с низким выходным сопротивлением. В случае приложения с однополярным питанием должен использоваться полнодиапазонный (rail-to-rail) операционный усилитель типа AD820 с малым временем установки выходного сигнала. Малое время установки позволяет операционному усилителю быстро устранять возникающие на его входе токи переходного режима, вызванные внутренними переключениями АЦП. На рис. 3.9 AD820 управляет ФНЧ, состоящим из резистора 50 Ом и конденсатора 10 нФ (частота среза приблизительно 320 КГц). Этот фильтр удаляет высокочастотные компоненты, которые могут приводить к эффекту наложения и уменьшают шум.

Использование в этом приложении операционного усилителя с однополярным питанием требует специального рассмотрения уровней сигнала. AD820 включен в инвертирующем режиме и имеет коэффициент усиления сигнала -1. На неинвертирующий вход усилителя с делителя 10,7 К/10К подается синфазное напряжение смещения +1,3 В, создавая выходное напряжение +2,6 В для V_IN = 0 В, и +0,1 В для V_IN = +2,5 В. Это смещение необходимо потому, что выход AD820 не может быть полностью заземлен, т. к. это ограничивается напряжением V_CEAST n-р-n-транзистора выходного каскада, которое при этих условиях нагрузки приблизительно равно 50 мВ. Диапазон изменения входных сигналов АЦП также смещен на +100 мВ, благодаря подаче от делителя 412 Ом/10 кОм смещения +100 мВ на вход AIN.

SIGMA-DELTA (ЕЛ) АЦП

Джеймс Брайэнт

Sigma-delta АЦП известны почти тридцать лет, но только недавно появилась технология (цифровые микросхемы с очень высокой степенью интеграции, VLSI) для их производства в виде недорогих монолитных интегральных схем. В настоящее время они используются во многих приложениях, где требуется недорогой, узкополосный, экономичный АЦП с высоким разрешением.

Существуют многочисленные описания архитектуры и теории ΣΔ АЦП, но большинство из них переполнено сложными интегральными выражениями и с трудом доступно для понимания. В отделе по приложениям компании Analog Devices мы часто сталкиваемся с инженерами, которые не понимают теории работы ΣΔ АЦП и убеждены на опыте чтения распространенных статей, что ΣΔ АЦП слишком сложны для понимания.

Не прибегая к глубоким математическим выкладкам, заметим, что в понимании sigma-delta АЦП нет ничего особенно трудного, и данный раздел призван подтвердить это положение… ΣΔ АЦП содержит очень простую аналоговую электронику (компаратор, источник опорного напряжения, коммутатор и один или большее количество интеграторов и аналоговых сумматоров) и весьма сложную цифровую вычислительную схему. Эта схема состоит из цифрового сигнального процессора (DSP), который работает как фильтр (в общем случае, но не всегда — это низкочастотный полосовой фильтр). Нет необходимости в точности знать, как работает фильтр, чтобы понимать то, что он делает. Для понимания того, как работает ΣΔ АЦП, важно познакомиться с концепциями избыточной дискретизации, формирования формы кривой распределения шума квантования, цифровой фильтрации и децимации.

СИГМА-ДЕЛЬТА АЦП

• Низкая стоимость, высокая разрешающая способность (до 24-разрядов)

• Превосходная дифференциальная нелинейность (DNL)

• Низкая потребляемая мощность, но ограниченная полоса пропускания (голосовые и звуковые частоты)

• Простые ключевые концепции, но сложная математика

♦ Избыточная дискретизация

♦ Формирование шума квантования

♦ Цифровая фильтрация

♦ Децимация

• Идеален для устройств обработки сигналов датчиков

♦ Высокая разрешающая способность

♦ Режимы: автономный, системный и автокалибровки

• Широко применяется в области обработки голосовых и аудио сигналов

Рис. 3.10

Рассмотрим методику избыточной дискретизации с анализом в частотной области. Там, где преобразование постоянного напряжения имеет ошибку квантования до ¹/₂ младшего разряда (LSB), дискретная система, работающая с переменным напряжением или током, обладает шумом квантования. Идеальный классический N-разрядный АЦП имеет среднеквадратичное значение шума квантования, равное q/√12. Шум квантования равномерно распределен в пределах полосы Найквиста от 0 до f_s/2 (где q — значение младшего значащего бита и f_s — частота дискретизации), как показано на рис. 3.11а. Поэтому, его отношение сигнал/шум для полнодиапазонного синусоидального входного сигнала будет (6,02N + 1,76)дБ… Если АЦП несовершенен и его реальный шум больше, чем его теоретический минимальный шум квантования, то эффективная разрешающая способность будет меньше, чем N-разрядов. Его фактическая разрешающая способность (часто известная как эффективное число разрядов или ENOB) будет определена, как

ENOB = (SNR — 1.76 дБ)/6,02 дБ

Если мы выберем более высокую частоту дискретизации К f_s (см. рис. 3.11б), то среднеквадратичное значение шума квантования остается q/√12, но шум теперь распределен по более широкой полосе от 0 до f_s /2. Если мы затем используем на выходе цифровой низкочастотный фильтр, то значительно уменьшим шум квантования, но сохраним полезный сигнал, улучшая таким способом эффективное число разрядов (ENOB). Таким образом, мы выполняем аналого-цифровое преобразование с высоким разрешением, используя аналого-цифровой преобразователь с низкой разрешающей способностью. Коэффициент К здесь упоминается, как коэффициент избыточной дискретизации. При этом необходимо отметить, что избыточная дискретизация дополнительную выгодна еще и тем, что она понижает требования к аналоговому ФНЧ.

Так как ширина полосы пропускания уменьшена выходным цифровым фильтром, скорость выдачи выходных данных может быть ниже, чем первоначальная частота дискретизации (Kf_s), и при этом все же удовлетворять критерию Найквиста. Это достигается посредством передачи на выход каждого М-го результата и отбрасывания остальных результатов. Такой процесс называют децимацией с коэффициентом М. Несмотря на происхождение термина (decem по-латыни — десять), М может принимать любое целое значение, при условии, что частота выходных данных больше, чем удвоенная ширина полосы сигнала. Прореживание не вызывает никакой потери информации (см. рис. 3.11б).

Если мы используем избыточную дискретизацию только для улучшения разрешающей способности, необходимо применять коэффициент избыточности 2^2N, чтобы получить N-разрядное увеличение разрешающей способности. ΣΔ-преобразователь не нуждается в таком высоком коэффициенте избыточной дискретизации. Он не только ограничивает полосу пропускания сигнала, но также задает форму кривой распределения шума квантования таким образом, что большая ее часть выходит за пределы этой полосы пропускания, как это показано на рис. 3.11в.

Если взять одноразрядный АЦП (известный как компаратор), подать на его вход сигнал от интегратора, а на интегратор — входной сигнал, суммированный с выходом этого ЦАП, на вход которого сигнал поступает с выхода АЦП, получится ΣΔ-модулятор первого порядка, показанный на рис. 3.12. Добавив цифровой низкочастотный фильтр и дециматор на цифровой выход, получим ΣΔ АЦП: ΣΔ-модулятор формирует такую кривую распределения шума квантования, при которой большая часть шума располагается выше полосы пропускания цифрового выходного фильтра и, следовательно, эффективное число разрядов (ENOB) намного больше, чем ожидается от коэффициента избыточной дискретизации.

Не вдаваясь в детали, работу ΣΔ АЦП можно описать следующим образом. Представим, что постоянное напряжение подается на вход V_IN. Сигнал на выходе интегратора в точке А при этом постоянно нарастает или убывает. С выхода компаратора сигнал подается обратно через одноразрядный ЦАП на суммирующий вход в точке В. Благодаря отрицательной обратной связи, соединяющей выход компаратора через одноразрядный ЦАП с точкой суммирования, среднее значение постоянного напряжения в точке В стабилизируется на уровне V_IN. Вследствие этого, среднее выходное напряжение ЦАП равняется входному напряжению V_IN. В свою очередь, среднее выходное напряжение ЦАП определяется плотностью потока единиц в одноразрядном потоке данных, следующего с выхода компаратора. Когда значение входного сигнала увеличивается до +V_REF, число единиц в последовательном потоке данных увеличивается, а число нулей уменьшается. Точно так же, когда значение сигнала приближается к отрицательному значению — V_REF, число единиц в последовательном потоке данных уменьшается, а число нулей увеличивается. Попросту говоря, в последовательном потоке разрядов на выходе компаратора содержится среднее значение входного напряжения. Цифровой фильтр и дециматор обрабатывают последовательный поток битов и выдают окончательные выходные данные.

Принцип формирования кривой распределения шума квантования в частотной области объясняется на простой модели ΣΔ-модулятора, показанной на рис. 3.13.

Интегратор в ΣΔ-модуляторе представлен в виде аналогового ФНЧ с передаточной функцией H(f) = 1/f. Эта передаточная функция имеет обратную входному сигналу амплитудную характеристику. Одноразрядный источник импульсов генерирует шум квантования Q, который добавляется к выходному сигналу суммирующего блока. Если считать входной сигнал равным X, а выходной — равным Y, то сигнал на выходе входного сумматора должен быть X — Y. Эта величина умножается на передаточную функцию фильтра 1/f, и результат подается на один из входов выходного сумматора. В итоге получается выражение для выходного напряжения Y в виде:

Y = (1/f)∙(X — Y) + Q

Это выражение может быть легко решено относительно Y с аргументами X, f и Q:

Y = X/(f + 1) + Q∙f/(f + 1)

Обратите внимание, что, когда частота f приближается к нулю, значение выходного напряжения Y стремится к X, а шумовая составляющая устремляется к нулю. На более высоких частотах амплитуда сигнальной составляющей стремится к нулю, а шумовая составляющая приближается к Q. При дальнейшем повышении частоты выходной сигнал состоит практически из одного шума квантования. В сущности, аналоговый фильтр представляет собой ФНЧ для сигнала и ФВЧ для шума квантования. Иными словами, аналоговый фильтр выполняет функцию формирования кривой распределения шума квантования в модели ΣΔ-модулятора.

При фиксированной входной частоте аналоговый фильтр дает тем большее затухание, чем выше порядок этого фильтра. Это же положение с определенным допущением справедливо для ΣΔ-модуляторов.

С ростом числа каскадов интегрирования и суммирования в ΣΔ-модуляторе достигается лучший эффект при формировании кривой распределения шума квантования и лучшее эффективное число разрядов (ENOB) при фиксированном коэффициенте избыточной дискретизации, как это следует из рис. 3.14 для ΣΔ-модуляторов первого-второго порядков. Блок-схема ΣΔ-модулятора второго порядка представлена на рис. 3.15.

До недавнего времени считалось, что ΣΔ АЦП третьего и более высокого порядков должны быть потенциально нестабильными при определенных входных сигналах. Последние исследования, рассматривающие компараторы с конечным, а не с бесконечным коэффициентом усиления, показали несостоятельность этого предположения. Даже если и существует неустойчивость, она не вносит существенной погрешности, так как цифровой сигнальный процессор (DSP) цифрового фильтра и дециматор в состоянии распознать возникающую неустойчивость и предотвратить ее.

На рис. 3.16 показаны соотношения между порядком ΣΔ-модулятора и уровнем избыточной дискретизации, необходимым для достижения требуемого отношения сигнал/шум (SNR).

В частности, если коэффициент избыточной дискретизации равен 64, идеальная система второго порядка способна обеспечить отношение сигнал/шум на уровне 80 дБ. Этим подразумевается, что значение эффективного числа разрядов (ENOB) равное приблизительно 13. Хотя фильтрация, выполняемая цифровым фильтром и дециматором, может приводить к любой желаемой степени точности, нет смысла выводить более 13 двоичных разрядов. Дополнительные разряды не дадут никакой полезной информации о сигнале, и информация будет подавлена шумом квантования, если не использовать дополнительной фильтрации. Повышенная разрешающая способность может быть достигнута за счет увеличения коэффициента избыточной дискретизации и/или за счет использования модулятора более высокого порядка.

Микросхема AD1877 является 16-разрядным стсрсо-ХД АЦП с быстродействием 48 KSPS, которое удовлетворяет требованиям высококачественной обработки звука. Ключевые технические характеристики данной микросхемы отражены на рис. 3.17. Это устройство имеет коэффициент избыточной дискретизации 64Х и модулятор четвертого порядка.

16-РАЗРЯДНЫЙ СТЕРЕО 48 kSPS SIGMA-DELTA АЦП AD1877

• Однополярное питание +5 В

• Двухканальные аналоговые недифференциальные входы

• Динамический диапазон 92 дБ (тип.)

• Отношение сигнал/общие нелинейные искажения плюс шум S/(THD+H) 90 дБ (тип.)

• Неравномерность АЧХ дециматора в полосе пропускания 0,006 дБ

• ZA-модулятор 4-го порядка с коэффициентом избыточной дискретизации 64

• 3-х каскадный дециматор с линейной фазой

• Потребляемая мощность менее 100 мВт

• Режим пониженного энергопотребления (power-down)

• Индикация входной перегрузки

• Встроенный источник опорного напряжения

• Гибкий выходной последовательный интерфейс

• Малогабаритный (SOIC) 28-контактный корпус

Рис. 3.17

Внутренний цифровой КИХ фильтр данного АЦП имеет линейную фазовую характеристику. Частотная характеристика данного фильтра приведена на рис. 3.18. Фильтр имеет неравномерность частотной характеристики в полосе пропускания — 0,006 дБ и ослабление более 90 дБ в полосе задержки. Ширина области перехода от полосы пропускания к полосе задержки составляет всего 0,1f_s, где f_s — эффективная частота дискретизации AD1877 (максимум 48 KSPS). Очевидно, что такой фильтр было бы невозможно реализовать в аналоговом виде.

Все ΣΔ АЦП имеют определенное время установки, связанное с внутренним цифровым фильтром, которое невозможно сократить. В задачах, где необходимо применять мультиплексирование и существует различие между входными напряжениями соседних каналов, сигнал на входе АЦП является ступенчатой функцией… Фактически, при коммутации каналов выход мультиплексора может выдавать на ΣΔ АЦП ступенчатое напряжение с перепадами, соответствующими полному динамическому диапазону. Поэтому в таких приложениях необходимо обеспечить требуемое адекватное время установки фильтра. Но это не означает, что ΣΔ АЦП нельзя использовать в приложениях, требующих мультиплексирования., Просто в этом случае необходимо учитывать время установки цифрового фильтра.

Например, групповая задержка КИХ-фильтра микросхемы AD1877 составляет 36/f_s и представляет собой время, которое требуется входному воздействию в форме ступенчатой функции для преодоления половины всех каскадов цифрового фильтра. Поэтому, полное время установки составляет 72/f_s или приблизительно 1,5 мс при дискретизации с частотой 48 KSPS и коэффициенте избыточной дискретизации 64Х.

В других приборах, таких как низкочастотный, с высоким разрешением, 24-разрядный измерительный ЕА АЦП (типа серии AD77xx), могут использоваться другие типы цифровых фильтров. Например, фильтры с характеристикой SINC³ популярны, потому что это имеют нули в точках частотной характеристики, кратных скорости обработки данных. В частности, скорость обработки данных 10 Гц (10 отсчетов в секунду) дает нули на частотах 50 Гц и 60 Гц, что способствует подавлению соответствующих составляющих переменного тока.

До сих пор нами рассматривались только ΣΔ-преобразователи, содержащие одноразрядный АЦП (компаратор) и одноразрядный ЦАП (коммутатор). Блок-схема на рис. 3.19 представляет многоразрядный ΣΔ АЦП, включающий n-разрядный параллельный (flash) АЦП и n-разрядный ЦАП. Очевидно, эта архитектура дает более широкий динамический диапазон при фиксированных коэффициентах избыточной дискретизации и порядке ΣΔ-модулятора. Стабилизация здесь проще, так как могут использоваться ΣΔ-модуляторы второго и более высоких порядков. Выходные сигналы, соответствующие паузам во входном сигнале, при использовании данной архитектуры имеют тенденцию к большей степени случайности, благодаря чему, минимизируется шум на выходе.

Реальным недостатком этого метода является то, что линейность всего устройства зависит от линейности ЦАП, и требуется тонкопленочная лазерная подстройка для приближения к уровню 16-разрядной точности. Это делает чрезвычайно трудной в реализации многоразрядную архитектуру, в том числе и архитектуру АЦП.

Тем не менее, в настоящее время она применяется в звуковых ΣΔ ЦАП (AD1852, AD1853, AD1854), где используются специальные методы скремблирования битов для гарантии линейности и устранения шума.

Описанные выше ΣΔ АЦП содержат интеграторы, играющие роль ФНЧ, полоса пропускания которых начинается от 0 Гц, т. е. с уровня постоянного тока. Таким образом, максимум распределения их шума квантования смещен вверх по частоте. В настоящее время по такому принципу построено большинство коммерчески распространенных АЦП (хотя некоторые, предназначенные для использования в звуковых или коммуникационных приложениях, имеют полосовой фильтр вместо ФНЧ для устранения смещения по постоянному току). Нет никакой принципиально непреодолимой причины, по которой фильтры ΣΔ-модулятора должны быть непременно низкочастотными, за исключением того, что традиционно АЦП считались низкочастотными устройствами, а интеграторы проще в реализации, чем полосовые фильтры. При замене интеграторов в АЦП полосовыми фильтрами, показанной на рис. 3.20, максимумы распределения шумов квантования смещаются вверх и вниз по частоте, так что область, соответствующая полосе сигнала, становится фактически свободной от шумов (см. Приложение 1).

Далее, если цифровой фильтр запрограммирован так, что его полоса пропускания находится в этой области, мы получаем полосовой ΣΔ АЦП вместо низкочастотного. Такие устройства полезны для прямого преобразования ПЧ в цифровой код, в устройствах цифровой радиосвязи, ультразвуковых приложениях и других задачах, использующих субдискретизацию. Но в этом случае модулятор и цифровой полосовой фильтр должны быть разработаны для определенных частот, требуемых данным приложением, что несколько ограничивает гибкость описываемого подхода.

В приложениях, использующих субдискретизацию и полосовые ΣΔ АЦП, минимальная частота дискретизации должна быть, по крайней мере, в два раза больше удвоенной ширины полосы сигнала BW. Сигнал концентрируется вокруг несущей частоты f_c. Типичная цифровая радиосистема, использующая центральную частоту 455 кГц и ширину полосы сигнала 10 кГц, описана в Приложении 1. Частота избыточной дискретизации Kf_s = 2 MSPS и выходная скорость потока цифровых данных f_s = 20 KSPS обеспечивают динамический диапазон 70 дБ в пределах ширины полосы сигнала.

Большинство ΣΔ АЦП имеют встроенный цифровой фильтр с фиксированными параметрами. Частота среза фильтра и скорость потока выходных данных являются кратными частоте тактового генератора. Модель AD7725 является 16-разрядным ΣΔ АЦП с внутренним программируемым цифровым фильтром. Максимальная частота избыточной дискретизации модулятора составляет 19,2 MSPS. Выход модулятора подключен к КИХ-фильтру с фиксированными параметрами, который осуществляет децимацию данных, поступающих с выхода модулятора, с коэффициентом 8, выдавая выходные данные со скоростью 2,4 MSPS. Выходной сигнал от КИХ-фильтра с фиксированными параметрами подается на программируемый КИХ-фильтр. Загружая ПЗУ подходящими значениями коэффициентов, этот фильтр может быть запрограммирован для реализации желаемой частотной характеристики.

Программируемый фильтр обладает способностью гибко менять число своих коэффициентов и коэффициент децимации. Фильтр может иметь до 108 коэффициентов, до 5 каскадов децимации и коэффициент децимации в диапазоне от 2 до 256. Точность коэффициентов — 24 разряда, арифметическая точность — 30 разрядов.

Модель AD7725 содержит постпроцессор PuldeDSP™ (торговая марка Systolix) компании Systolix, который позволяет программировать характеристики фильтра через параллельный или последовательный интерфейс микропроцессора. Кроме того, характеристики фильтра могут загружаться при включении/сбросе питания из его внутреннего ПЗУ или из внешнего программируемого ПЗУ.

Постпроцессор является полностью программируемым ядром, которое обеспечивает, мощность обработки до 130 миллионов операций умножения с накоплением (MAC) в секунду. Для программирования постпроцессора пользователь должен создать конфигурационный файл, который содержит настраиваемые данные фильтра. Этот файл может быть сгенерирован компилятором, который поставляется компанией Analog Devices. Компилятор AD7725 воспринимает набор коэффициентов фильтра как исходные данные и автоматически создает необходимый файл.

Файл коэффициентов для характеристики КИХ-фильтра (FIR) может быть сгенерирован с использованием пакетов проектирования цифровых фильтров, таких как QEDesign от Momentum Data Systems. Характеристики фильтра можно вывести на печать, позволяя, таким образом, пользователю ознакомиться с ней перед генерацией коэффициентов фильтра. Процессор осуществляет доступ к данным на скорости 2,4 MSPS. Когда в многокаскадном фильтре используется прореживание, первый каскад фильтра работает с быстродействием 2,4 MSPS, благодаря чему пользователь может выполнять прореживание между каскадами. Количество обслуживаемых процессором сигналов равно 108. Поэтому возможна генерация одного 108-сигнального фильтра или может быть спроектирован многокаскадный фильтр на 108 сигналов. Фильтр может иметь характеристики ФНЧ, ФВЧ, полосового режекторного фильтра или просто полосового фильтра.

Модель AD7725 питается однополярным напряжением +5V, имеет встроенный источник опорного напряжения 2,5V и выполнена в 44-контактном корпусе (PQFP). При работе на полную мощность рассеиваемая энергия равна приблизительно 350 мВт. Имеется режим работы с пониженным потреблением, который позволяет использовать частоту тактового генератора 10 MSPS. Максимальная потребляемая мощность в пассивном режиме составляет 200 мВт. Более подробное описание функционирования AD7725 можно найти в разделе 9.

Резюме

ΣΔ АЦП работает в режиме избыточной дискретизации. В этом режиме простые аналоговые фильтры ΣΔ-модулятора формируют кривую распределения шума квантования таким образом, что отношение сигнал/шум (SNR) в заданной полосе пропускания намного больше, чем в других случаях. Благодаря использованию высококачественных цифровых фильтров и дециматора, производится подавление шума за пределами требуемой полосы пропускания. Избыточная дискретизация имеет дополнительный плюс, понижая требования к ФНЧ, применяемому для подавления эффекта наложения спектра. Поскольку аналоговая цепь относительно неприхотлива, ее можно строить с использованием той же цифровой технологии сверхвысокой степени интеграции (VLSI), которая используется для изготовления цифровых фильтров ЦОС. Поскольку основой АЦП является одноразрядный компаратор, применяемая методика является принципиально линейной.

Хотя детальный анализ ΣΔ АЦП затрагивает весьма сложную математику, их основные принципы могут быть поняты без применения математических выкладок. Для дальнейшего обсуждения ΣΔ АЦП Вы можете обратиться к Приложению 1-18.

РЕЗЮМЕ ПО SIGMA-DELTA АЦП

• Изначально превосходная линейность

• Избыточная дискретизация снижаеттребования к аналоговому антиалайзинговому фильтру

• Идеальны для микросхем со смешанными сигналами, не требуют подгонки параметров

• Не требуют устройств выборки-хранения

• Дополнительные возможности: встроенные усилители с программируемым усилением, аналоговые фильтры, автокалибровка

• Встроенные программируемые цифровые фильтры (AD7725: ФНЧ, ФВЧ, полосовой, режекторный)

• В настоящее время ограничения по частоте дискретизации позволяют использовать данные АЦП для измерений, в голосовых и звуковых приложениях, но технология полосовых сигма-дельта АЦП может изменить ситуацию

• Скорость переключения аналогового мультиплексора ограничена временем установления внутреннего фильтра. Предполагается использование одного сигма-дельта АЦП на один канал.

Рис. 3.21

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ (FLASH) АЦП

Параллельные АЦП (Flash АЦП) являются самым быстрым типом АЦП, использующим большое количество компараторов, работающих параллельно. N-разрядный параллельный АЦП состоит из 2^N резисторов и 2^N-1 компараторов, размещенных, как это показано на рис. 3.22.

На каждый компаратор подается опорное напряжение, значение которого для соседних точек отличается на величину, соответствующую одному младшему значащему разряду (LSB) (более старшие разряды — в верхних по схеме элементах). При фиксированном входном напряжении все компараторы, размещенные на схеме ниже некоторой точки, имеют входное напряжение выше опорного напряжения. На их логическом выходе присутствует "1". У всех же компараторов выше этой точки опорное напряжение больше входного, и их логический выход установлен в "0". Поэтому 2^N-1 выходов компаратора ведут себя аналогично ртутному термометру, и выходной код такого АЦП иногда называют «кодом термометра». В действительности, было бы непрактично выводить 2^N-1 линий данных наружу, поэтому они преобразуются шифратором в N-разрядный двоичный код.

Входной сигнал подается на все компараторы сразу, поэтому "выход термометра" имеет задержку по отношению к входному сигналу, равную задержке только одного компаратора и N-разрядного кодера. Это соответствует задержке нескольких логических элементов, так что процесс преобразования осуществляется очень быстро. Но такая архитектура предполагает использование большого числа резисторов и компараторов, имеет ограничение по максимальной разрешающей способности и, чтобы обеспечить высокое быстродействие, каждый компаратор должен иметь довольно высокий уровень потребления энергии. Следовательно, к проблемам параллельных АЦП относятся ограниченная разрешающая способность, высокий уровень рассеивания энергии вследствие большого количества высокоскоростных компараторов (особенно на частотах дискретизации больших, чем 50 MSPS) и относительно большие размеры кристалла (и потому — высокая стоимость). Кроме того, для питания быстрых компараторов необходимым током смещения, цепочка опорных резисторов должна иметь низкое сопротивление, чтобы этот источник давал весьма большие токи (>10 мА).

На практике реализуются преобразователи до 10-разрядов, но обычно параллельные АЦП имеют разрешающую способность, соответствующую 8-разрядам. Их максимальная частота дискретизации может достигать 1 ГГц при ширине полосы пропускания по уровню полной мощности более 300 МГц.

Как упоминалось ранее, полоса пропускания по уровню полной мощности не обязательно равна полосе, соответствующей полной разрешающей способности. Идеальный компаратор параллельного преобразователя имеет хорошие характеристики и по постоянному, и по переменному току. Поскольку синхронизирующий строб подается на все компараторы одновременно, параллельный преобразователь автоматически реализует схему выборки-хранения на своем входе. На практике существуют различия в задержках компараторов и другие рассогласования по переменному току, которые вызывают уменьшение эффективного числа разрядов (ENOB) на высоких входных частотах. Это происходит потому, что скорость нарастания сигналов непосредственно на входах сопоставима со временем преобразования компаратора.

Вход параллельного АЦП непосредственно подключается к большому количеству компараторов. Каждый компаратор имеет изменяющуюся в зависимости от напряжения емкость перехода, и наличие этой емкости, зависящей от сигнала, приводит в большинстве параллельных АЦП к уменьшению эффективного числа разрядов (ENOB) и к большим искажениям на высоких входных частотах.

Добавление одного разряда к общей разрешающей способности параллельного преобразователя требует удвоения количества компараторов! Это ограничивает практическую разрешающую способность высокоскоростных параллельных преобразователей до 8 разрядов, так как при более высоких разрешающих способностях слишком велико выделение тепла.

В 10-разрядном АЦП AD9410 с быстродействием 200 MSPS для минимизации числа предварительных усилителей в компараторах преобразователя, а также для уменьшения мощности (1,8 Вт), используется метод, называемый интерполяцией. Метод иллюстрируется на рис. 3.23.

Предварительные усилители (обозначены "A1", "А2" и т. д.) представляют собой каскады с низким коэффициентом усиления g_m, ширина полосы пропускания которых пропорциональна обратным токам дифференциальных пар. Рассмотрим случай положительного пилообразного входного сигнала, который первоначально меньше опорного напряжения V1 усилителя А1. По мере того, как значение входного сигнала приближается к VI, значение дифференциального выхода А1 приближается к 0 (т. е. А = А¯) в точке переключения компаратора. Сигнал с выхода А1 подается на дифференциальный вход триггера 1. Пока входные сигналы остаются положительными, выход А также сохраняется положительным, а выход В¯ становится отрицательным. Получаемая в результате интерполяции точка переключения соответствует А¯ = Пока входной сигнал остается положительным, третья точка переключения определяется условием В = В¯. Эта новая архитектура уменьшает входную емкость АЦП и, таким образом, минимизирует ее изменение под действием входного сигнала и связанные с этим искажения. УВХ на входе модели AD9410 улучшает ее линейность по переменному току.

Конвейерные (Subranging, Pipelined) АЦП

Хотя целесообразность построения параллельных АЦП с высоким разрешением (большим, чем 10-разрядов) вызывает сомнения, такие АЦП часто используются в качестве подсистем конвейерных (subranging) АЦП (иногда называемых полупараллельными (half-flash) AЦП), которые обладают значительно более высокой разрешающей способностью (до 16-разрядов).

Блок-схема 8-разрядного конвейерного АЦП на основе двух параллельных 4-разрядных АЦП показана на рис. 3.24.

Учитывая широкую распространенность 8-разрядных параллельных преобразователей с высокими частотами дискретизации, пример такого преобразователя мы используем для иллюстрации концепции. Процесс преобразования осуществляется в два этапа. Первые четыре старших разряда (MSB) оцифровываются первым параллельным АЦП (обладающим точностью выше 8 разрядов), и двоичный выходной 4-разрядный код подается на 4-разрядный ЦАП (также обладающий точностью выше 8 разрядов). Выходной сигнал с ЦАП вычитается из сохраненного аналогового входного сигнала, и результат вычитания (остаток) усиливается и подается на второй параллельный АЦП. Затем выходные сигналы двух 4-разрядных параллельных преобразователей объединяются в один 8-разрядный выходной код. Если динамический диапазон остаточного сигнала не точно заполняет динамический диапазон второго параллельного преобразователя, возникает нелинейность и, возможно, потеря кода.

Современные конвейерные АЦП используют методы, называемые цифровой коррекцией, для устранения проблем, связанных с архитектурой, представленной на рис. 3.24. Упрощенная блок-схема 12-разрядного конвейерного АЦП с цифровой коррекцией (DCS) представлена на рис. 3.25. Представленная архитектура подобна той, что используется в 12-разрядном АЦП AD6640 с быстродействием 65MSPS. Обратите внимание, что 6- разрядный и 7-разрядный АЦП используются для получения выходного кода в 12 разрядов. Данные АЦП не являются параллельными АЦП, но используют архитектуру усилителей модуля (magnitude-amplifier, MagAmp™), которая вскоре будет описана.

Если в преобразовании первой ступени нет ошибок, 6-разрядный остаточный сигнал, поданный на 7-разрядный АЦП с суммирующего усилителя, никогда не превысит половину диапазона 7-разрядного АЦП. Избыточный динамический диапазона второго АЦП, совместно с логикой исправления ошибки (обычно это просто полный сумматор), используются для исправления в выходных данных большинства ошибок, свойственных традиционным преобразователям с конвейерной архитектурой без коррекции. Важно обратить внимание, что 6-разрядный ЦАП должен иметь точность, соответствующую не менее чем 12-разрядам, потому что при цифровой коррекции не исправляются ошибки ЦАП. На практике вместо "двоичного" ЦАП часто используются ЦАП типа "термометр" или полностью декодирующие ЦАП, имеющие на каждый уровень один коммутатор тока (63 коммутатора в случае 6-разрядного ЦАП). Этим гарантируется высокая дифференциальная и интегральная линейность и минимизируются переходные процессы, вызванные коммутацией.

УВХ-2 хранит сигнал с выхода УВХ-1 до тех пор, пока выполняется преобразование первой ступени, максимизируя, таким образом, производительность. УВХ-3 ограничивает значение ложного сигнала (glitch) по остаточному сигналу, таким образом, давая возможность осуществить полный цикл преобразования сигнала 7-разрядным АЦП (6- и 7-разрядные АЦП в AD6640 являются поразрядными АЦП, построенные по архитектуре MagAmp, которые требуют большего времени установки, чем параллельные АЦП).

Такой метод многоступенчатого преобразования иногда упоминается как конвейерная обработка. Дополнительные регистры сдвига, подключенные последовательно с цифровыми выходами АЦП первой ступени, гарантируют, что, когда их выводы объединяются в логике коррекции ошибки, они оказываются синхронизированными по времени с последними 7 разрядами второго АЦП. Поэтому конвейерный АЦП имеет специфическое число тактовых циклов ожидания результата, или конвейерную задержку, связанную с выходными данными. Передний фронт тактового импульса дискретизации (отсчета N) используется для синхронизации выходного регистра, но данные, которые появляется по фронту этого тактового импульса, соответствует отсчету N — L, где L — число тактовых циклов конвейерной задержки. В AD6640 конвейерная задержка выполняется в два тактовых цикла.

Схема коррекции ошибки, описанная выше, рассчитана на исправление ошибок, допущенных при первом преобразовании. Ошибки внутреннего усиления АЦП, смещения и линейности корректируются, пока остаточный сигнал находиться в пределах динамического диапазона АЦП второй ступени. Эти ошибки не будут затрагивать линейности передаточной характеристики всего АЦП. Но ошибки конечного преобразования становятся ошибками общей функции передачи всего АЦП. Ошибки линейности или усиления ЦАП и усилителя остаточного сигнала не корректируются и проявятся как нелинейность или немонотонность в общей функции передачи всего АЦП.

Мы рассмотрели пока только двухступенчатые конвейерные АЦП, поскольку они являются самыми простыми для анализа. Но нет причины останавливаться на двух ступенях. Трех- и четырехступенчатые конвейерные АЦП являются весьма обычной продукцией и могут быть реализованы самыми разными способами, как правило — с цифровой коррекцией ошибок.

Упрощенная блок-схема 12-разрядного CMOS АЦП AD9220 с быстродействием 10MSPS, однополярным питанием и потребляемой мощностью 250 мВт представлена на рис. 3.26.

АЦП AD9221 (1,25 MSPS, 60 мВт) и AD9223 (3MSPS, 100 мВт) имеют идентичную архитектуру, но работают с более низким энергопотреблением и на более низких частотах дискретизации. Это четырехступенчатая конвейерная архитектура с дополнительным разрядом, использующимся для коррекции ошибки на второй, третьей и четвертой ступенях. Благодаря конвейерной архитектуре, эти АЦП имеют три тактовых цикла конвейерной задержки (см. рис. 3.27).

Каскадные АЦП (bit-per-stage, последовательные)

Для выполнения аналого-цифрового преобразования существуют различные архитектуры, использующие принципы последовательного преобразования. В действительности, конвейерный АЦП с одним разрядом на ступень и без коррекции ошибок может рассматриваться как АЦП последовательного счета. На рис. 3.28 представлена общая концепция. УВХ хранит значение входного сигнала в течение цикла преобразования. Существует N ступеней, каждая из которых имеет одноразрядный цифровой выход и выход остаточного сигнала. Остаточный сигнал каждой ступени является входным сигналом для следующей ступени. Как показано на рисунке, последний разряд является просто выходным сигналом компаратора.

На рис. 3.29 показан каскад для выполнения одного однобитового преобразования. Каскад состоит из усилителя с коэффициентом усиления 2, компаратора и одноразрядного ЦАП. Предположим, что данный каскад являет собой первую ступень АЦП. Старший значащий разряд (MSB) — это разряд полярности входного сигнала, определяемой компаратором, который также управляет одноразрядным ЦАП. Выходной сигнал одноразрядного ЦАП суммируется с сигналом на выходе усилителя, который имеет коэффициент усиления 2. Результирующий остаточный сигнал подается на следующую ступень. Для лучшего понимания работы схемы на графике показан остаточный сигнал для случая входного линейно нарастающего пилообразного напряжения, размах которого соответствует полному диапазону АЦП от — V_R до +V_R. Обратите внимание, что полярность остаточного сигнала определяет значение выхода двоичного разряда следующей ступени.

Упрощенный 3-разрядный последовательный двоичный АЦП представлен на рис. 3.30 Графики остаточных сигналов, соответствующие выходам различных ступеней, представлены на рис. 3.31.

Как и в предыдущем случае, рассматривается вариант входного линейного пилообразного напряжения, размах которого соответствует диапазону от — V_R до +V_R. Каждый остаточный выходной сигнал имеет разрывы, которые соответствуют точкам смены состояния компараторов и переключения ЦАП. Основной проблемой такой архитектуры является наличие разрывов (скачкообразных изменений) формы выходных остаточных сигналов различных ступеней. Необходимо предусмотреть адекватное время установки для окончания соответствующих переходных процессов во всех промежуточных ступенях и на входе компаратора последней ступени. Поэтому перспективы использования этой архитектуры для работы на высоких частотах дискретизации весьма неутешительны.

Намного более совершенная архитектура АЦП последовательного счета, основанная на усилителях абсолютной величины (усилители модуля (magnitude amplifiers) или просто MagAmps™), была разработана Ф. Д. Вальдхауэром (F.D.Waldhauer), Приложение 21. Эта схема часто упоминается, как последовательная схема Грея (serial-Gray) (так как выходное кодирование осуществляется кодом Грея) или поворачивающий (folding) преобразователь (Приложения 22, 23, 24). Функциональная схема основной ступени вместе с ее передаточной функцией представлены на рис. 3.32.

Принимается, что входной сигнал ступени является линейным пилообразным напряжением, размах которого соответствует диапазону от — V_R до +V_R. Компаратор выявляет полярность входного сигнала и формирует выходной разряд для данной ступени в виде кода Грея. Компаратор также определяет, должно ли общее усиление ступени быть равным +2 или -2. Опорное напряжение V суммируется с выходом коммутатора для генерации остаточного сигнала, который подается на следующую ступень. Полярность остаточного сигнала определяет выходной разряд следующей ступени вновь в виде кода Грея. Передаточная функция поворачивающей (folding) ступени также представлена на рис. 3.32.

3-разрядный поворачивающий (folding) MagAmp АЦП представлен на рис. 3.33, а диаграммы соответствующих остаточных сигналов изображены на рис. 3.34.

Как и в случае двоичного АЦП с пилообразной формой остаточных сигналов, значение кода Грея для следующей ступени определяется полярностью выходного остаточного сигнала предыдущей ступени. Полярность входного сигнала первой ступени определяет старший значащий разряд кода Грея; полярность выхода R1 — второй разряд кода Грея, полярность выхода R2 — третий разряд кода Грея. Обратите внимание, что, в отличие от двоичного импульсного АЦП, ни одна из ступеней данной архитектуры не дает перепада значения остаточного сигнала. Это делает данную архитектуру перспективной для работы на высоких частотах дискретизации.

Основой функционирования этой архитектуры на высоких скоростях является применение поворачивающей (folding) ступени. Ранние применения данной архитектуры (см. Приложения 22, 23, 24) для генерации поворачивающей функции передачи использовали дискретные операционные усилители с диодами в контуре обратной связи. Современные интегральные схемы реализуют требуемую функцию передачи, управляя коэффициентом усиления по току при разомкнутой обратной связи, что может быть реализовано с более высоким быстродействием. Полностью дифференциальные ступени (включая УВХ) также обеспечивают высокую скорость, более низкие искажения и дают поворачивающие (folding) ступени, обладающие 8-разрядной точностью, не требуя лазерной подстройки тонкопленочного резистора (см. Приложения 25, 26, 27).

Использование архитектура MagAmp может быть расширено до скоростей дискретизации, в которых ранее доминировали параллельные (flash) преобразователи. Двойной 8-разрядный АЦП AD9288-100 с быстродействием 100 MSPS представлен на рис. 3.35. Первые пять разрядов (код Грея) получены из пяти дифференциальных MagAmp ступеней. Дифференциальный остаточный выход пятой ступени MagAmp управляет 3-разрядным параллельным преобразователем вместо одиночного компаратора. Выходной код Грея пяти ступеней, построенных по архитектуре MagAmps, и выходной двоичный код 3-разрядного параллельного АЦП хранятся в регистре, затем все данные преобразуются в двоичный код и помещаются в выходной регистр.

Глава 4

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) для задач цифровой обработки сигналов

Уолт Кестер, Джеймс Брайэнт

Структуры ЦАП

Большинство обычно используемых структур ЦАП (отличных от простого одноразрядного ЦАП, основанного на одном коммутаторе с использованием опорного напряжения) являются двоичными взвешивающими ЦАП или многозвенными схемами лестничного типа. Данные схемы, хотя и являются несложными по структуре, требуют весьма тщательного анализа. Мы начнем рассматривать одну из простейших структур — делитель Кельвина, представленный на рис. 4.1. N-разрядная версия этого ЦАП просто содержит 2^N равных по величине последовательно соединенных резисторов. Выходной сигнал снимается с соответствующего отвода замыканием одного из 2 коммутаторов после декодирования N-разрядных данных. Современные ЦАП, использующие эту архитектуру, называются строковыми ЦАП.

Эта архитектура проста, имеет выход с изменяющимся значением напряжения Z_OUT, и изначально обеспечивает монотонный сигнал (даже если сопротивление одного из резисторов равно 0, OUTPUT_N не может превышать OUTPUT_N+1). Архитектура линейна, если все резисторы равны по значению, но может быть преднамеренно сделана нелинейной, если требуется нелинейный ЦАП. Так как в момент переключения работают только два коммутатора, эта архитектура обладает малым ложным сигналом (low-glitch). Ее главным недостатком является большое количество резисторов, требуемых для обеспечения высокой разрешающей способности, поэтому в качестве отдельного устройства она обычно не используется, но, как мы увидим позже, применяется в роли компонента более сложных структур ЦАП.

Существует аналогичный ЦАП с токовым выходом, который также состоит из 2^N резисторов, или источников тока, но подключенных теперь параллельно между входом опорного напряжения и виртуальным заземленным выходом (рис. 4.2).

В данном ЦАП, как только какой-либо резистор подключается к цепи, любые дальнейшие увеличения цифрового кода уже не могут его отключить. Таким образом, структура является изначально монотонной, независимо от погрешностей резисторов и, подобно предыдущему случаю, может быть сделана преднамеренно нелинейной там, где эта нелинейность требуется. Опять, как и в предыдущем случае, архитектура является редкостью, так как, если попытаться ее использовать для изготовления полного ЦАП, потребуется большое количество резисторов и коммутаторов. Но опять же она часто используется в качестве компонента в ЦАП более сложной структуры.

В отличие от делителя Кельвина, этот тип ЦАП не имеет уникального названия, хотя оба типа упомянуты как полно-декодирующие (fully decoded) ЦАП, ЦАП типа "столбик термометра" (thermometer) или строковые (string) ЦАП.

Полно-декодирующие ЦАП часто используются как компоненты более сложных ЦАП. Наиболее популярными являются сегментные ЦАП, где часть выходного сигнала полнодекодирующего ЦАП в дальнейшем вновь поступает на делитель. Данная структура используется потому, что полно-декодирующий ЦАП изначально монотонен, так что, если последующий делитель тоже монотонен, в целом является таковым же и результирующий ЦАП.

В сегментных ЦАП с выходом по напряжению (рис. 4.3) сигнал подается с одного из резисторов делителя Кельвина на новый делитель Кельвина (в этом случае полная структура известна как "делитель Кельвина-Варлея") или на ЦАП какой-либо другой структуры.

Во всех ЦАП выходной сигнал представляет собой результат комбинации опорного напряжения и цифрового кода. В этом смысле все ЦАП являются перемножающими, но многие из них хорошо работают только в ограниченном диапазоне V_ref. Настоящие перемножающие ЦАП (MDAC) ориентированы на работы в широком диапазоне V_ref. Строгое определение перемножающего ЦАП требует, чтобы его диапазон опорного напряжения включал 0 В, и многие схемы, особенно лестничного типа с токовым режимом и с переключателями CMOS, допускают положительное, отрицательное и переменное значение V_ref. ЦАП, которые не работают при значении V_ref = 0 В, тоже полезны, и их типы, допускающие изменение значения V_ref в пропорции 10:1 или около того, часто относят к перемножающим ЦАП (MDAC), хотя более точно их можно было бы назвать полуперемножающими ЦАП.

Архитектуры ЦАП с малыми искажениями

Из-за акцента, делаемого в системах связи на ЦАП прямого цифрового синтеза (DDS) с высоким SFDR, было положено много сил на определение оптимальной архитектуры ЦАП. Фактически, все высокоскоростные ЦАП с малыми искажениями используют некоторый вид режима токовой коммутации без ненасыщения. Как описано выше, прямой двоичный ЦАП с одним токовым ключом на разряд дает кодозависимые ложные сигналы и, конечно, не является наиболее оптимальной архитектурой (рис. 4.4).ЦАП с одним токовым источником на кодовый уровень не имеет кодозависимых ложных сигналов, но не практичен в реализации, когда требуется достижение высокой разрешающей способности. Тем не менее, эта характеристика может быть улучшена, если декодировать несколько первых старших разрядов (MSB) в код "термометра" при одном токовом ключе на уровень. Например, 5-разрядный ЦАП-"термометр" имел бы архитектуру, подобную представленной на рис. 4.5.

Здесь входное двоичное слово фиксируется триггером и затем декодируется на один из 31 возможных выходов, которые управляют вторым триггером. Выход второго триггера управляет 31 токовым ключом с одинаковым весом, выходные сигналы которых складываются вместе. Эта схема эффективно устраняет почти всякую зависимость выходного кода от ложного сигнала. Остаточный ложный сигнал на выходе одинаков и не зависит от изменения входного кода, то есть он кодонезависимый, и может подлежать фильтрации, поскольку появляется на частоте преобразования ЦАП и ее гармониках. Причинами искажений, связанных с полнодекодирующей архитектурой, являются, прежде всего, асимметричный выходной поворот (slewing), конечное время включения и выключения ключей и интегральная нелинейность.

Очевидным недостатком этого типа ЦАП является большое количество триггеров и ключей, требуемых для создания 14-, 12-, 10- или даже 8-разрядного ЦАП. Но, если эта методика используется на пяти старших битах 8-, 10-, 12- или 14-разрядного ЦАП, возможно существенное сокращение кодозависимости ложного сигнала. Этот процесс называется сегментацией и весьма обычен в ЦАП с низкими искажениями.

На рис. 4.6 представлена схема, посредством которой первые пять разрядов 10-разрядного ЦАП декодируются, как описано выше, и управляют 31 ключом с одинаковым весом. Последние пять разрядов получены посредством использования двоично взвешенных источников тока. Сигналы от источников тока с одинаковым весом, подаваемые на лестничную резисторную схему R/2R, могли бы использоваться для получения младших разрядов (LSB), но этот подход требует наличия тонкопленочных резисторов, в общем случае недоступных для дешевого CMOS процесса. Кроме того, использование R/2R схем понижает выходное сопротивление ЦАП, так как требует большего управляющего тока при том же напряжении и фиксированном нагрузочном сопротивлении.

В 14-разрядном ЦАП AD9772 (TxDAC™) с быстродействием 150 MSPS используется три секции сегментации, показанных на рис. 4.7. В других представителях семейства AD977x и AD985x используется такой же принцип.

Первые пять разрядов (MSB) полностью декодируются и управляют 31 токовым ключом с одинаковым весом, каждый из которых является источником для 512 уровней, соответствующих младшим разрядам. Следующие четыре разряда декодируются в 15 сигналов. Они управляют 15 токовыми ключами, каждый из которых является источником для 32 уровней, соответствующих следующим разрядам. Пять младших разрядов хранятся триггером и управляют традиционным двоичным взвешивающим ЦАП с одним разрядом на выход. Для реализации этой архитектуры требуется 51 токовый ключ и 51 триггер.

В основе ячейки токового ключа лежит дифференциальная МОП (PMOS) транзисторная пара, показанная на рис. 4.8.

Дифференциальные пары управляются низковольтной логикой, минимизирующей время переходных процессов при коммутации и временной сдвиг. Выходы ЦАП являются симметричными дифференциальными токовыми выходами, которые обеспечивают минимизацию искажений четного порядка (особенно в случаях, когда выход ЦАП управляет устройством с дифференциальным входом, таким как трансформатор или операционный усилитель — преобразователь тока в напряжение).

Полная архитектура семейств AD977x TxDAC™ и AD985x-DDS является превосходным компромиссом в соотношении энергопотребление/производительность и позволяет реализовать полную функцию ЦАП на базе стандартного CMOS-процесса без тонкопленочных резисторов. Работа с однополярным источником питания +3,3 В или +5 В делает устройства чрезвычайно привлекательными для переносных и маломощных приложений.

Логика ЦАП

Самые ранние монолитные ЦАП содержали небольшую, если таковая вообще была, логическую схему, и параллельные данные должны были накапливаться на цифровом входе, чтобы сформировать аналоговый выходной сигнал. Сегодня почти все ЦАП имеют входные элементы фиксации состояния (триггеры, latches) и записывают данные только один раз, без процедуры накопления.

Существует многочисленные разновидности входных структур ЦАП, которые не будут обсуждаться здесь, но в большинстве своем сегодня преобладают устройства "с двойной буферизацией". ЦАП с двойной буферизацией имеет два набора триггеров. Данные первоначально хранятся (защелкиваются) в первом наборе и впоследствии передаются на второй, как показано на рис. 4.9. Существует три причины, по которым это компоновка представляется выгодной.

Первая — это то, что она позволяет вводить данные в ЦАП многими различными способами. ЦАП без триггера или с одним триггером должен быть заполнен сразу по всем разрядам, так как иначе его выходной сигнал в течение загрузки может сильно отличаться от тех значений, которые были до преобразования и появятся после преобразования. С другой стороны, ЦАП с двойной буферизацией может быть загружен параллельными данными, последовательными данными, 4-разрядными или 8-разрядными словами или чем-то подобным, и выход его остается неизменным до тех пор, пока новые данные полностью не загрузятся, и на ЦАП не поступит команда модификации выходных данных.

Второй особенностью входной структуры этого типа является то, что генератор тактовых импульсов может работать на фиксированной частоте (частоте дискретизации сигнала), в то время как входной триггер может быть загружен асинхронно. Это выгодно в приложениях, где требуется восстановление сигнала в реальном масштабе времени.

Третья выгодная особенность структуры с двойной буферизацией состоит в том, что несколько ЦАП могут выполнять преобразования одновременно. Данные загружаются в первый набор каждого ЦАП, и когда преобразования завершатся, выходные буферы всех ЦАП модифицируются одновременно. Существует много приложений, требующих цифро-аналогового преобразования, в которых выходы нескольких ЦАП должны одновременно изменяться, и структура с двойной буферизацией позволяет легко осуществить это.

Наиболее ранние однокристальные ЦАП с высоким разрешением имели параллельные порты данных для подключения к параллельным шинам передачи данных и дешифраторам адреса. Они отображались в адресном пространстве микропроцессора в виде очень маленьких блоков памяти только для записи (некоторые ЦАП обеспечивали не только запись, но и чтение содержимого — это было выгодно для некоторых приложений, но не очень распространено). ЦАП, подключаемые к параллельной шине данных, уязвимы из-за емкостной связи шины с аналоговом выходом. Поэтому многие ЦАП сегодня имеют последовательные структуры ввода данных. Они менее подвержены шуму (так как в них меньше шумовых контактов), использую меньшее количество выводов и поэтому занимают меньше места и более удобны для использования с современными микропроцессорами, многие из которых имеют последовательные порты передачи данных. Некоторые, хотя и не все из таких последовательных ЦАП имеют дополнительные выходы данных, благодаря которым несколько ЦАП могут соединяться последовательно, чтобы получать данные с одного последовательного порта. Эта компоновка часто упоминается как "гирляндная цепь" (daisy-chaining).

Другое достижение в технологии ЦАП заключается в возможности исполнения нескольких ЦАП на одном кристалле, что представляется полезным с точки зрения сокращения размеров печатной платы (РСВ) и затрат на сборку. Сегодня (в 2000 году) существует возможность приобретения шестнадцати 8-разрядных, восьми 12-разрядных, четырех 14-разрядных или двух 16-/18-/20-/22-/24-разрядных ЦАП в одном корпусе. В будущем возможна и более высокая степень интеграции.

Интерполирующие ЦАП

В системах, использующих аналого-цифровое преобразование, избыточная дискретизация способствует снижению требований к ФНЧ (antialiasing filter). Сигма-дельта АЦП обладают этим характерным преимуществом в наибольшей мере. В системах, базирующихся на цифроаналоговом преобразовании (таких, как системы прямого цифрового синтеза, DDS), для достижения аналогичной цели может использоваться концепция интерполяции. Эта концепция обычно применяется в цифровых звуковоспроизводящих CD-проигрывателях, где основная скорость обновления данных от CD примерно равна 44 KSPS. Добавление "нулей" в параллельный поток данных увеличивает эффективную скорость обновления в 4, 8 или 16 раз по сравнению с базовой скоростью. 4-х, 8-ми, или 16-кратный поток пропускают через цифровой интерполяционный фильтр, который генерирует дополнительные значения данных. Высокая скорость избыточной дискретизации способствует смещению вверх крайних частот (image), допуская таким образом использование менее сложного фильтра с более широким переходным диапазоном. Архитектура одноразрядного sigma-delta ЦАП представляет собой пример завершенного развития этой концепции и является популярной в современных CD-проигрывателях.

Та же самая концепция может применяться в высокоскоростных ЦАП. Предположим, что традиционный ЦАП работает на частоте дискретизации 30 MSPS (рис. 4.10а). Пусть выходная частота ЦАП равна 10 МГц. Компонент боковой частоты 30–10 = 20 МГц должен быть подавлен аналоговым ФНЧ (antialiasing), и переходной диапазон фильтра находится в диапазоне от 10 до 20 МГц. Предположим, что боковая частота должна быть уменьшена на 60 дБ. Поэтому характеристика фильтра должна пройти от полосы пропускания, заканчивающейся в точке 10 МГц, до ослабления на 60 дБ в полосе задержки, начинающейся в точке 20 МГц, то есть через переходный диапазон, который находится между 10 и 20 МГц (одна октава). Фильтр Баттерворта дает ослабление 6 дБ на октаву для каждого порядка. Поэтому для обеспечения желательного ослабления требуется как минимум фильтр 10 порядка. Фильтры становятся еще более сложными, если требуется более узкий переходной диапазон.

Предположим, что мы увеличим скорость обновления ЦАП до 60 MSPS и вставим "ноль" между каждым первоначальным отсчетом данных. Скорость параллельного потока данных теперь равна 60 MSPS, но нам предстоит определить значение точек с нулевыми данными. Для этого поток данных 60 MSPS с добавленными нулями пропускается через цифровой интерполяционный фильтр, который вычисляет дополнительные значения данных. Реакция цифрового фильтра при избыточной двукратной дискретизации представлена на рис. 4.10б. Теперь зона перехода аналогового сглаживающего ФНЧ (antialiasing filter) занимает от 10 до 50 МГц (первая составляющая (image) попадает на 2f_c - f_o = 60–10 = 50 МГц). Эта переходная зона немного больше, чем две октавы, и фильтра Баттерворта пятого или шестого порядка оказывается достаточно.

Упрощенная блок-схема микросхемы AD9772 14-разрядного интерполирующего ЦАП с избыточной двукратной дискретизацией представлена на рис. 4.11.

Устройство предназначено для обработки 14-разрядных входных данных, поступающих с частотой до 150 MSPS. Максимальная частота данных на выходе интерполятора составляет 300 MSPS. Для выходной частоты 60 МГц, скорости обновления 150 МГц и коэффициента избыточной дискретизации 2 боковая частота равна 300 МГц — 60 МГц = 240 МГц. Поэтому переходной диапазон для аналогового фильтра равен 60 МГц — 240 МГц. Без избыточной дискретизации боковая частота равна 150 МГц — 60 МГц = 90 МГц и переходной диапазон фильтра находится в интервале от 60 МГц до 90 МГц.

Сигма-Дельта ЦАП

Другой путь получения высокого разрешения состоит в использовании методов избыточной дискретизации и одноразрядного ЦАП. Этот метод, известный как сигма-дельта (Σ-Δ), является методом с весьма интенсивными вычислениями, так что только недавно началось практическое использование его для изготовления ЦАП с высоким разрешением. Поскольку данный метод использует одноразрядный ЦАП, ему по определению свойственны линейность и монотонность.

Σ-Δ-ЦАП, в отличие от Σ-Δ-АЦП, является в основном цифровым устройством (рис. 4.12). Он состоит из интерполяционного фильтра (цифровая схема, которая принимает данные, поступающие с низкой частотой дискретизации, вставляет нули в поток данных, увеличивая тем самым частоту дискретизации, затем применяет алгоритм интерполяции и выдает данные с высокой частотой дискретизации), Σ-Δ-модулятора (который эффективно действует как ФНЧ по отношению к сигналу и как ФВЧ по отношению к шуму квантования, преобразуя результирующие данные в высокоскоростной последовательный поток битов) и одноразрядного ЦАП, чей выход переключается между равными по значению положительным и отрицательным опорными напряжениями. Выход фильтруется внешним аналоговым ФНЧ. Вследствие высокой частоты избыточной дискретизации, сложность ФНЧ намного меньше, чем в случае традиционного подхода Найквиста.

Возможно использование большего, чем один, количества разрядов в ЦАП, и это приводит к многоразрядной архитектуре, представленной на рис. 4.12б. Ее концепция подобна описанному ранее интерполяционному ЦАП с добавлением цифрового Σ-Δ-модулятора. Раньше многоразрядные ЦАП были сложны для проектирования из-за высоких требований по точности к внутреннему n-разрядному ЦАП (этот ЦАП, хотя и является n-разрядным, должен иметь линейность, соответствующую конечному числу разрядов N). Модели серии звуковых ЦАП AD185x используют патентованный метод скремблирования данных (называемый прямым скремблированием данных или DS), который решает эту проблему и имеет превосходное отношение общих нелинейных искажений и шума (THD + N). Например, двойной 24-разрядный ЦАП AD1853 с быстродействием 192 KSPS имеет значение THD + N больше, чем 115 дБ при частоте дискретизации 48 KSPS.

Прямой цифровой синтез (DDS)

Частотные синтезаторы используется для генерации некоторого множества частот на одном или большем числе опорных частот. Эти устройства используются в течение десятилетий, особенно в коммуникационных системах. Многие из них основаны на переключении и смешивании частотных выходов от группы кварцевых генераторов. В основе других лежат известные методы использования цепей с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ, PLL). Эта традиционная технология представлена на рис. 4.13.

Опорная фиксированная частота подается на один из входов компаратора фазы. Другой вход компаратора фазы подключается к делителю частоты на N, на который, в свою очередь, подается сигнал от генератора, управляемого напряжением (ГУН, VCO). Наличие отрицательной обратной связи приводит к тому, что сигнал на выходе фильтра, включенного в контур обратной связи, принимает такое значение, которое делает выходную частоту ГУН (VCO) равной N-кратной опорной частоте. Постоянная времени контура обратной связи зависит от характеристик фильтра в контуре. При проектировании ФАПЧ часто приходится идти на компромиссы между фазовым шумом, скоростью подстройки, разрешающей способностью по частоте и т. д. Существует немало хорошей литературы по данной тематике (см. Приложения 1, 2 и 3).

В связи с широким распространением цифровых методов в измерительных и коммуникационных системах, метод генерации набора частот от источника опорной частоты, реализуемый в цифровой форме, развился в так называемый метод прямого цифрового синтеза (DDS). Основная его архитектура представлена на рис. 4.14.

В этой упрощенной модели, стабильный генератор тактового сигнала управляет программируемым ПЗУ (PROM), который хранит один или большее целое число циклов синусоидального сигнала (или другого сигнала произвольной формы). По мере того, как адресный счетчик проходит через каждую ячейку памяти, соответствующая цифровая амплитуда сигнала из каждой ячейки подается на ЦАП, который, в свою очередь, воспроизводит аналоговый выходной сигнал. Спектральная чистота конечного аналогового выходного сигнала определяется, прежде всего, ЦАП. Фазовый шум является, в основном, шумом задающего генератора.

Система прямого цифрового синтеза (DDS) отличается от ФАПЧ (PLL) несколькими моментами. В связи с дискретнойприродой DDS должны быть рассмотрены все проблемы, присутствующие в процессе дискретизации: шум квантования, наложение спектров, фильтрация и т. д. Например, гармоники высокого порядка выходных частот ЦАП, попадая обратно в полосу Найквиста, больше не фильтруются, тогда как гармоники высокого порядка в выходном сигнале ФАПЧ-синтезаторов могут быть отфильтрованы. Существуют и другие соображения, которые будут вскоре обсуждаться.

Основная проблема этой простой DDS-системы состоит в том, что выходная частота может быть изменена только путем изменения частоты задающего генератора или посредством перепрограммирования ПЗУ, что делает систему весьма негибкой. На практике DDS-система осуществляет эту основную функцию намного более гибким и эффективным способом, используя цифровую схему, называемую генератором с цифровым управлением (Numerically Controlled Oscillator, NCO). Блок-схема такой системы представлена на рис. 4.15.

Сердцем системы является сумматор фазы, чье содержимое обновляется однократно за каждый тактовый цикл. Каждый раз при обновлении сумматора фазы цифровое число М, сохраненное в регистре приращения фазы (delta phase register), добавляется к числу в сумматоре фазы. Предположим, что число в delta-регистре равно 00…01 и что начальное содержимое сумматора фазы равно 00…00. Сумматор фазы обновляется значением 00…01 каждый тактовый цикл. Если сумматор является 32-разрядным, для возврата сумматора фазы в состояние 00…00 требуется 2³² тактовых цикла (более 4 миллиардов), после чего цикл повторяется.

Усеченное значение выходного сигнала сумматора фазы служит адресом для таблицы задания синуса (или косинуса). Каждый адрес в таблице соответствует точке синусоидального сигнала с фазой от 0° до 360°. Таблица поиска содержит информацию, соответствующую цифровой амплитуде для одного полного цикла синусоидального сигнала (в действительности, требуются только данные для 90°, потому что данные о квадранте содержатся в двух старших значащих разрядах). Таким образом, таблица отображает фазу синусоидального сигнала сумматора фазы в виде значения цифровой амплитуды, которое, в свою очередь, подается на ЦАП.

Рассмотрим случай для n = 32 и М = 1. Сумматор фазы проходит через каждое из 2³² возможных значений выхода перед переполнением. Соответствующая частота выходного синусоидального сигнала равна частоте синхронизации, деленной на 2³². Если М=2, то число в регистре сумматора фазы успевает дважды смениться, и выходная частота удваивается. Это можно обобщить следующим образом.

Для n-разрядного сумматора фазы (в большинстве DDS-систем значение n лежит в диапазоне от 24 до 32) существует 2^N возможных значений фазы. Число М в регистре приращения фазы представляет собой величину, на которую текущее значение фазы увеличивается в каждом тактовом цикле. Если f_c — частота синхронизации, то выходная частота синусоидального сигнала равна

f_o = M∙f_c/2ⁿ

Это уравнение известно как уравнение настройки DDS. Обратите внимание, что разрешающая способность системы по частоте равна f_c/2ⁿ. Для n = 32 разрешающая способность больше, чем один к четырем миллиардам! В реальной DDS-системе не все разряды от сумматора фазы используются для выбора значения из таблицы, оставляются только первые 12–16 старших значащих разрядов (MSB), тогда как младшие разряды игнорируются. Это уменьшает размер таблицы и не ухудшает разрешающую способность по частоте. Усечение разрядности фазы только добавляет незначительное, но приемлемое количество фазового шума к окончательному выходному сигналу; тогда как большая часть выходных искажений возникает непосредственно в ЦАП.

Описанная выше базовая DDS-система представляет чрезвычайно гибкое решение с весьма высокой разрешающей способностью. Частота может быть мгновенно изменена без искажения фазы простым изменением содержимого М-регистра. Реальные DDS-системы сначала требуют выполнения последовательной или параллельной загрузки нового значения частоты во внутренний буферный регистр, который предшествует М-регистру с параллельным выходом. Это делается для минимизации числа выводов в микросхеме счетчика. После того, как новое слово будет загружено в буферный регистр, оно синхронно переносится в регистр приращения фазы, благодаря чему все разряды регистра приращения фазы одновременно изменяются. Число тактовых циклов, требуемых для загрузки регистра приращения фазы, определяет максимальную скорость, с которой можно менять выходную частоту.

DDS-система AD9850 быстродействием 125MSPS (рис. 4.16) использует 32-разрядный сумматор фазы, выход которого, перед тем как он используется для адресации в таблице, ограничивается 14-тью старшими разрядами.

На внутренний ЦАП подается окончательный выходной 10-разрядный цифровой сигнал. AD9850 позволяет модулировать выходную фазу, используя дополнительный регистр и сумматор, помещенный между выходом сумматора фазы и входом таблицы. AD9850 для управления фазой использует 5-разрядное слово, которое позволяет сдвигать фазу в сторону увеличения на 180°, 90°, 45°, 22,5°, 11,25° или на любую комбинацию из вышеперечисленных. Устройство также содержит внутренний высокоскоростной компаратор, который может быть сконфигурирован для приема отфильтрованного сигнала ЦАП, что позволяет сгенерировать выходной импульс с незначительным дрожанием фазы, пригодный для подачи на тактовый вход АЦП. Полный динамический диапазон значений тока на выходе может лежать в пределах от 10 до 20 мА при использовании одного внешнего резистора. Значение выходного напряжения составляет +1 В.

Настройка частоты (входное слово регистра приращения фазы) и значения загружаются для фазовой модуляции в AD9850 в параллельном или последовательном формате. Параллельный формат подразумевает загрузку пяти байтов. Первый байт управляет фазовой модуляцией (5 разрядов), активизацией выключения питания (1 разряд) и форматом загрузки (2 разряда). В байтах 2–5 содержится 32-разрядное слово настройки частоты. Максимальная частота обновления управляющего регистра равна 23 МГц. Последовательная загрузка AD9850 выполняется с использования 40-разрядного последовательного потока данных, загружаемого через один вывод микросхемы. Максимальная скорость (частота) обновления управляющего регистра в режиме последовательной загрузки равна 3 МГц.

Потребляемая мощность AD9850 составляет всего 380 мВт с однополярным источником питания +5 В при максимальном быстродействии 125 MSPS. Устройство выпускается в 28-контактном корпусе для поверхностного монтажа SSOP (Shrink Small Outline Package).

Analog Devices предлагает множество систем прямого цифрового синтеза (DDS) для разнообразных приложений. Семейство AD983X представляет недорогие 10-разрядные системы с частотами синхронизации до 50 MSPS. Семейство AD985x предлагает 10-разрядные и 12-разрядные системы с синхронизации до 300 MSPS и дополнительными функциями, такими, как квадратурная и фазовая модуляция, возможность режима импульсного сигнала с ЧМ и программируемые, интегрированные на кристалле умножители частоты задающего генератора.

Глава 5

Быстрое преобразование Фурье

Уолт Кестер

Дискретное преобразование Фурье

В 1807 французский математик и физик Жан Батист Жозеф Фурье представил во Французский Институт (Institut tie France) доклад о синусоидальном представлении температурных распределений. Доклад содержал спорное утверждение о том, что любой непрерывный периодический сигнал может быть представлен суммой выбранных должным образом сигналов синусоидальной формы. Среди членов комитета, занимавшихся обзором публикаций, были два известных математика — Жозеф Луи Лагранж и Пьер Симон де Лаплас. Лагранж категорически возразил против публикации на основании того, что подход Фурье неприменим к разрывным функциям, таким как сигналы прямоугольной формы. Работа Фурье была отклонена, прежде всего из-за возражения Лагранжа, и была издана после смерти Лагранжа, приблизительно пятнадцатью годами позже. Интересно, что времена Фурье совпали с важными политическими событиями: экспедициями Наполеона в Египет и попытками избежать гильотины после Французской Революции! (Эта историческая справка получена из Приложения 1, стр. 141).

На самом деле и Фурье, и Лагранж были, по крайней мере частично, правы. Лагранж был прав в том, что суммированием сигналов синусоидальной формы невозможно точно сформировать сигнал, содержащий вертикальный фронт. Но можно очень точно к нему приблизиться, если использовать достаточное количество гармонических сигналов. (Это описывается эффектом Гиббса и сегодня хорошо понятно ученым, инженерам и математикам).

Анализ Фурье закладывает основы многих методов, применяющихся в области цифровой обработки сигналов (ЦОС). По сути дела, преобразование Фурье (фактически существует несколько вариантов таких преобразований) позволяет сопоставить сигналу, заданному во временной области, его эквивалентное представление в частотной области. Наоборот, если известна частотная характеристика сигнала, то обратное преобразование Фурье позволяет определить соответствующий сигнал во временной области.

В дополнение к частотному анализу, эти преобразования полезны при проектировании фильтров. Частотная характеристика фильтра может быть получена посредством преобразования Фурье его импульсной реакции. И наоборот, если определена частотная характеристика сигнала, то требуемая импульсная реакция может быть получена с помощью обратного преобразования Фурье над его частотной характеристикой.

Цифровые фильтры могут быть созданы на основе их импульсной реакции, поскольку коэффициенты фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ) идентичны дискретной импульсной реакции фильтра.

Семейство преобразований Фурье (преобразование Фурье, ряды Фурье, дискретные ряды Фурье и дискретное преобразование Фурье) представлено на рис. 5.2.

С течением времени принятые определения получили развитие (не обязательно вполне логичное) в зависимости от того, является ли сигнал непрерывно-апериодическим (continuous-aperiodic), непрерывно-периодическим (continuous-periodic), дискретно-апериодическим (sampled-aperiodic) или дискретно-периодическим (sampled-periodic). В данном контексте термин sampled означает то же самое, что discrete (дискретный) (то есть дискретные по времени выборки).

Единственный член этого семейства, который имеет отношение к цифровой обработке сигналов, — это дискретное преобразование Фурье (ДПФ), которое оперирует дискретной по времени выборкой периодического сигнала во временной области. Для того, чтобы быть представленным в виде суммы синусоид, сигнал должен быть периодическим. Но в качестве набора входных данных для ДПФ доступно только конечное число отсчетов (N). Эту дилемму можно разрешить, если мысленно поместить бесконечное число одинаковых групп отсчетов до и после обрабатываемой группы, образуя, таким образом, математическую (но не реальную) периодичность, как показано на рис. 5.2.

Фундаментальное уравнение для получения N-точечного ДПФ выглядит следующим образом:

По отношению к этому уравнению следует сделать некоторые терминологические разъяснения (также см. рис. 5.3). Х(k) (прописная буква X) представляет собой частотный выход ДПФ в k-ой точке спектра, где к находится в диапазоне от 0 до N-1. N представляет собой число отсчетов при вычислении ДПФ.

Обратите внимание, что "N" не следует путать с разрешающей способностью АЦП или ЦАП, которая в других главах данной книги также обозначается буквой N.

Значение х(n) (строчная буква х) представляет собой n-ый отсчет во временной области, где n также находится в диапазоне от 0 до N-1. В общем уравнении х(n) может быть вещественным или комплексным.

Обратите внимание, что косинусоидальные и синусоидальные компоненты в уравнении могут быть выражены в полярных или прямоугольных координатах, связь между которыми определяется формулой Эйлера:

е^ie = cos θ + j∙sin θ

Выходной спектр ДПФ X(k) является результатом вычисления свертки между выборкой, состоящей из входных отсчетов во временной области, и набором из N пар гармонических базисных функций (косинус и синус). Концепцию хорошо иллюстрирует рис. 5.4, на котором представлена вещественная часть первых четырех точек спектра (показаны только косинусоидальные гармонические базисные функции). Подобная же процедура используется для вычисления мнимой части спектра на основе синусоидальных функций.

Первая точка Х(0) является простой суммой входных отсчетов во временной области, потому что cos(0) = 1. Коэффициент масштабирования 1/N не учитывается, но должен присутствовать в конечном результате. Обратите внимание, что Х(0) — это среднее значение отсчетов во временной области, или просто смещение по постоянному току. Вторая точка ReX(1) получена умножением каждого отсчета из временной области на соответствующее значение косинусоиды, имеющей один полный период на интервале N, с последующим суммированием результатов. Третья точка ReX(2) получена умножением каждого отсчета из временной области на соответствующую точку косинусоиды, которая имеет два полных периода на интервале N, с последующим суммированием результатов. Точно так же, четвертая точка ReX(3) получена умножением каждого отсчета из временной области на соответствующую точку косинусоиды с тремя полными периодами на интервале N и суммированием результатов. Этот процесс продолжается, пока не будут вычислены все N выходных отсчетов. Подобная процедура, но с использованием синусоид, применяется для вычисления мнимой части частотного спектра. Косинусоиды и синусоиды являются базисными функциями данного преобразования.

Предположим, что входной сигнал является косинусоидальным, имеющим период N, то есть он содержит один полный период в нашей выборке. Также примем его амплитуду и фазу идентичными первой косинусоидальной базисной функции cos(2πn/8). Выходной спектр содержит одну ненулевую точку ReX(1), а все другие точки ReX(k) являются нулевыми. Предположим, что теперь входная косинусоида сдвинута вправо на 90°. Значение свертки между ней и соответствующей базисной косинусоидальной функцией равно нулю. Но алгоритм преобразования предполагает вычисление свертки с базисной функцией sin(2πn/8), необходимое для получения ImX(1). Это показывает, почему необходимо рассчитывать и вещественные, и мнимые части спектра для определения и амплитуды и фазы частотного спектра.

Обратите внимание, что свертка синусоидальной/косинусоидальной функции любой частоты, отличной от частоты базовой функции, дает нулевое значение и для ReX(1), и для ImX(l).

Подобная процедура применяется при вычислении обратного ДПФ для восстановления отсчетов во временной области х(n) из отсчетов в частотной области Х(k). Соответствующее уравнение выглядит следующим образом:

Существует два основных типа ДПФ: вещественное ДПФ и комплексное ДПФ.

Уравнения, представленные на рис. 5.5, описывают комплексное ДПФ, где и входные, и выходные величины являются комплексными числами. Так как входные отсчеты во временной области являются вещественными и не имеют мнимой части, мнимая часть входных отсчетов всегда принимается равной нулю. Выход ДПФ Х(k) содержит вещественную и мнимую компоненты, которые могут быть преобразованы в амплитуду и фазу.

Вещественное ДПФ выглядит несколько проще и, в основном, является упрощением комплексного ДПФ. Большинство алгоритмов вычисления быстрого преобразования Фурье (БПФ) составлено с использованием формата комплексного ДПФ, поэтому важно понимать, как работает комплексное ДПФ и как оно соотносится с вещественным ДПФ. В частности, если известны выходные частоты вещественного ДПФ и требуется использовать обратное комплексное ДПФ для вычисления отсчетов во временной области, надо знать, как разместить выходные точки вещественного ДПФ в формате комплексного ДПФ перед выполнением обратного комплексного ДПФ.

На рис. 5.6 показаны исходные данные и результаты вычислений вещественного и комплексного БПФ (FFT). Обратите внимание, что результат вычисления вещественного ДПФ дает вещественное и мнимое значения Х(k), где к находится в диапазоне от 0 до N/2. При этом мнимые точки ImX(0) и ImX(N/2) всегда равны 0, потому что равны 0 sin(0) и sin(πn).

Результат вычислений в частотной области X(N/2) соответствует частотному диапазону, равному половине частоты дискретизации f_s. Ширина каждого элемента разрешения по частоте равна f_s/N.

Комплексное ДПФ имеет вещественные и мнимые значения и на входе, и на выходе. Практически, мнимые части отсчетов во временной области устанавливаются в ноль. При рассмотрении спектра, получаемого в результате вычисления комплексного ДПФ, полезно знать, как связать его с результатом вычисления вещественного ДПФ и наоборот. Заштрихованные области в диаграмме соответствуют точкам, которые являются общими и для вещественного, и для комплексного ДПФ.

Рис. 5.7 раскрывает отношение между вещественным и комплексным ДПФ более подробно.

Выходные точки вещественного ДПФ располагаются в диапазоне от 0 до N/2, причем значения ImX(0) и ImX(N/2) всегда равны 0. Точки между N/2 и N — 1 содержат отрицательные частоты в комплексном ДПФ. Обратите внимание, что ReX(N/2+1) имеет такое же значение, как и ReX(N/2 — 1). Точно так же, ReX(N/2 + 2) имеет такое же значение, как и ReX(N/2 — 2) и т. д. Видно, также, что ImX(N/2 + 1) равно ImX(N/2-l), но взято со знаком минус, и ImX(N/2 + 2) равно ImX(N/2 — 2), но взято со знаком минус и т. д. Другими словами, ReX(k) имеет четную симметрию относительно N/2, a ImX(k) имеет нечетную симметрию относительно N/2. Таким образом, на основе вещественных компонентов ДПФ могут быть сгенерированы отрицательные частотные компоненты комплексного БПФ.

Уравнения для комплексного и вещественного ДПФ приводятся на рис. 5.8.

Видно, что уравнения для комплексного ДПФ работают почти одинаково, будь то процедура вычисления ДПФ Х(k) или обратного ДПФ х(n). Вещественное ДПФ не использует комплексные числа, и уравнения для Х(k) и х(n) существенно различаются. Также перед использованием уравнения для вычисления отсчетов во временной области х(n), значения ReX(0) и ReX(N/2) должны быть поделены на два. Эти подробности объясняются в главе 31 книги, приведенной в списке литературы под номером 1, и читатель может изучить данный материал перед тем, как использовать эти уравнения.

Выходной спектр ДПФ может быть представлен либо в полярной системе координат (амплитудой и фазой), либо в алгебраической форме (вещественной и мнимой частями), как показано на рис. 5.9. Обе указанных формы находятся во взаимно однозначном соответствии.

Быстрое преобразование Фурье

Для понимания принципов работы БПФ, рассмотрим ДПФ на 8 точек, представленное на рис. 5.10 в развернутом виде. Обратите внимание, что для упрощения таблицы мы вводим следующее определение:

W_N = е^-j2π/N

Это ведет к определению коэффициентов поворота (поворачивающих множителей):

W_N^nk = е^-j2πk/N

Коэффициенты поворота представляют базисные гармонические функции, записанные в экспоненциальной форме. Обратите внимание, что 8-точечное ДПФ, представленное на диаграмме, требует 64 операций умножения с комплексными числами. N-точечное ДПФ требует N² операций умножения с комплексными числами. Знание количества умножений важно потому, что на реализацию операций умножения затрачиваются существенные вычислительные ресурсы DSP. В действительности, общее время, требуемое для вычисления ДПФ, прямо пропорционально числу умножений с учетом необходимого числа дополнительных операций.

Быстрое преобразование Фурье (FFT) является не более чем алгоритмом для ускоренного вычисления ДПФ путем сокращения требуемого числа операций умножения и сложения. Данное преобразование было предложено Кули и Таки (J.W.Cooley и J.W.Tukey) в 1960-ых годах и фактически являлось открытием заново идеи Рунге, Даниэльсона и Ланкоса (Runge (1903), Danielson и Lanczos (1942)). Первое упоминание данной идеи встречается еще задолго до появления компьютеров и калькуляторов, когда численные вычисления могли занимать много часов. Кроме того, более чем столетием раньше данный метод использовал немецкий математик Карл Фридрих Гаусс (1777–1855).

Для понимания основных концепций БПФ и его происхождения, полезно обратить внимание, что ДПФ, показанное на рис. 5.10 в развернутом виде, может быть сильно упрощено, если использовать свойства симметрии и периодичности коэффициентов поворота, как показано на рис. 5.11.

Результатом переработки выражений для ДПФ является быстрое преобразование Фурье (FFT), которое требует только (N/2)log2(N) умножений комплексных чисел. Вычислительная эффективность БПФ по сравнению с ДПФ становится весьма существенной, когда количество точек БПФ увеличивается до нескольких тысяч, как это следует из рис. 5.12. Очевидно, что БПФ вычисляет все компоненты выходного спектра (или все, или ни одного!). Если необходимо рассчитать только несколько точек спектра, ДПФ может оказаться более эффективным. Вычисление одного выходного отсчета спектра с использованием ДПФ требует только N умножений с комплексными числами.

Алгоритм БПФ по основанию 2 разделяет полное вычисление ДПФ на комбинацию 2-точечных ДПФ. Каждое 2-точечное ДПФ содержит базовую операцию умножения с накоплением, называемую «бабочкой» и иллюстрируемую на рис. 5.13. На диаграмме показаны два представления «бабочки»: верхняя диаграмма фактически является функциональным представлением «бабочки», построенным на цифровых умножителях и сумматорах. В упрощенной нижней диаграмме операции умножения помечаются множителем возле стрелки, а под суммированием подразумеваются две стрелки, сходящиеся в точке.

8-точечное БПФ с прореживанием во времени (decimation-in-time, DIT) вычисляет окончательный результат с использованием трех каскадов, как это следует из рис. 5.14.

Восемь входных отсчетов из временной области сначала разделяются (или прореживаются) на четыре группы 2-точечных ДПФ. Затем четыре 2-точечных ДПФ объединяются в два 4-точечных ДПФ. Затем два 4-точечных ДПФ объединяются для того, чтобы получить окончательный результат Х(k). Подробно процесс рассмотрен на рис. 5.15, где показаны все операции умножения и суммирования. Нетрудно заметить, что базовая операция «бабочки» 2-точечного ДПФ формирует основу для всего вычисления. Вычисление осуществляется в трех каскадах. После того, как заканчивается вычисление первого каскада, нет необходимости сохранять какие-либо предыдущие результаты.

Результаты вычисления первого каскада могут быть сохранены в тех же самых регистрах или ячейках памяти, которые первоначально хранили исходные отсчеты из временной области х(n). Точно так же, когда заканчивается вычисление второго каскада, результаты вычисления первого каскада могут быть удалены. Таким же образом осуществляется вычисление последнего каскада, заменяя в памяти промежуточный результат вычисления предыдущего каскада. Обратите внимание, что для того, чтобы алгоритм работал должным образом, входные отсчеты по времени х(n) должны быть упорядочены определенным образом с использованием алгоритма реверсирования битов.

Алгоритм реверсирования битов, используемый для реализации прореживания по времени, представлен на рис. 5.16. Десятичный индекс n преобразуется в его двоичный эквивалент. Затем двоичные разряды располагаются в обратном порядке и преобразуются обратно в десятичное число. Реверсирование битов часто выполняют аппаратурой ЦОС в генераторе адреса данных (DAG), упрощая таким образом программное обеспечение, сокращая количество дополнительных операций и ускоряя вычисления.

На рис. 5.17 и 5.18 представлено вычисление БПФ с использованием алгоритма с прореживанием по частоте (DIF).

Этот метод требует, чтобы алгоритм реверсирования был применен к адресам выходных отсчетов Х(k). Обратите внимание, что «бабочка» для алгоритма с прореживанием по частоте (DIF) слегка отличается от «бабочки» для алгоритма с прореживанием по времени, как это показано на рис. 5.19.

Использование алгоритмов с прореживанием по времени, по сравнению с алгоритмами с прореживанием по частоте, в значительной степени является вопросом предпочтения, так как оба алгоритма дают одинаковый результат. Определенные ограничения той или иной системы могут сделать одно из двух решений оптимальным.

Необходимо отметить, что алгоритмы, требуемые для вычисления обратного БПФ, почти идентичны тем, которые необходимы для вычисления прямого БПФ, если принять во внимание, что речь идет об использовании комплексного БПФ. В действительности, полезный метод проверки алгоритма комплексного БПФ состоит в осуществлении БПФ с отсчетами из временной области х(n), а затем — в вычислении обратного БПФ с отсчетами из частотной области Х(k). В конце этого процесса должны быть получены первоначальные отсчеты из временной области Re х(n), а мнимая часть Im х(n) должна быть нулевой (в пределах ошибки математического округления).

Обсуждавшиеся до сих пор БПФ представляют алгоритм БПФ по основанию 2, то есть их вычисление основано на 2-точечных базовых операциях типа «бабочка».

Подразумевается, что число точек в БПФ должно быть степенью числа 2. Если число точек в БПФ является степенью числа 4, то БПФ может быть разделено на множество 4-точечных ДПФ, показанное на рис. 5.20. Такое преобразование называется алгоритмом БПФ по основанию 4.

Базовая операция «бабочка» БПФ по основанию 4 с прореживанием по частоте представлена на рис. 5.21.

Алгоритм БПФ по основанию 4 требует меньшего количества умножений с комплексными числами, но большего количества операций суммирования, чем БПФ по основанию 2 для такого же количества точек. По сравнению с алгоритмом БПФ по основанию 2, алгоритм по основанию 4 использует более сложную адресацию и дополнительные коэффициенты поворота, но меньшее количество вычислений. Окончательная экономия времени вычисления различается для разных DSP, но алгоритм БПФ по основанию 4 может быть более чем вдвое быстрым, чем алгоритм по основанию 2 для DSP с оптимальной архитектурой.

Аппаратная реализация и время выполнения алгоритмов БПФ

В общем случае, требования по используемой памяти для N-точечного БПФ следующие:

N ячеек для вещественных данных, N ячеек для мнимых данных и N ячеек для синусоидальных базисных функций (иногда упоминаемых, как коэффициенты поворота). Дополнительные ячейки памяти будут требоваться в случае использования взвешивания с использованием оконных функций (windowing). Если принятые требования по памяти удовлетворены, DSP должен выполнить необходимые вычисления за требуемое время. Многие производители DSP либо проводят тест производительности для указанного размера БПФ, либо определяют время вычисления для базовой операции «бабочка». При сравнении характеристик БПФ важно удостовериться, что во всех случаях используется одинаковый тип БПФ. Например, тест 1024-точечного БПФ на одном DSP, полученном с помощью алгоритма БПФ по основанию 2, не должен сравниваться с тестом алгоритма БПФ по основанию 4 для другого DSP.

Другое соображение относительно БПФ заключается в выборе процессора с фиксированной или с плавающей точкой. Значения, соответствующие результатам вычисления «бабочки», могут быть больше, чем исходные данные при вычислении «бабочки». Это увеличение обрабатываемых числовых значений может создавать потенциальную проблему в DSP с фиксированным числом разрядов. Для предотвращения переполнения, данные следует масштабировать, заранее оставляя достаточное количество дополнительных разрядов для увеличения значений обрабатываемых данных. Альтернативный метод заключается в том, что данные могут масштабироваться после каждого каскада вычисления БПФ. Методика масштабирования данных после каждого прохода БПФ известна как блочная плавающая точка (block floating point). Он называется так, потому что полный массив данных масштабируется как единое целое, независимо от того, действительно ли каждый элемент в блоке требует масштабирования. Блок масштабируется таким образом, чтобы относительные соотношения между данными остались прежними. Например, если каждое слово данных сдвинуто вправо на один разряд (поделено на 2), абсолютные значения изменяются, но относительно друг друга соотношения данных остаются прежними.

В 16-разрядном DSP-процессоре с фиксированной точкой после умножения формируется 32-разрядное слово. Семейство цифровых сигнальных процессоров Analog Devices ADSP21xx характеризуется расширенным динамическим диапазоном, который реализуется в операциях умножения с накоплением посредством 40-разрядного внутреннего регистра аккумулятора.

Использование DSP-процессора с плавающей точкой устраняет потребность в масштабировании данных и поэтому приводит к более простой реализации алгоритма БПФ, но следствием этого упрощения является увеличение времени обработки, которое требуется для сложных арифметических вычислений с плавающей точкой. Кроме того, 32-разрядный DSP-процессор с плавающей точкой, очевидно, будет иметь меньший уровень шумов округления, чем 16-разрядный DSP-процессор с фиксированной точкой. На рис. 5.22 приведены данные по реализации БПФ для популярных DSP-процессоров Analog Devices. В частности, что DSP-процессор ADSP-TS001 TigerSHARC™ предлагает оба режима: и с плавающей, и с фиксированной точкой, обеспечивая, таким образом, исключительную гибкость программирования.

Требования к DSP для реализации алгоритмов БПФ в реальном масштабе времени

Существует два основных способа обработки сигналов в реальном масштабе времени: обработка одного отсчета в каждый момент времени (непрерывная обработка) и обработка одного пакета данных в каждый момент времени (пакетная обработка). Системы, основанные на непрерывной обработке, такие как цифровой фильтр, получают данные в виде одного отсчета в каждый момент времени. В каждом такте новый отсчет поступает в систему, а обработанный отсчет передается на выход. Системы, основанные на пакетной обработке, такие как построенный на БПФ цифровой анализатор спектра, получают данные в виде целого пакета отсчетов. Происходит обработка всего пакета исходных данных, результатом которой является пакет преобразованных выходных данных.

Для обеспечения функционирования в реальном масштабе времени полный расчет БПФ должен выполняться в промежутке, соответствующем времени накопления одного пакета данных. Предполагается, что, пока производится вычисление БПФ текущего пакета данных, DSP-процессор накапливает данные для следующего пакета. Накопление данных является одной из сфер, где важную роль играют специальные архитектурные особенности DSP. Непрерывное получение данных облегчается, благодаря возможностям гибкой адресации данных в DSP в сочетании с использованием различных каналов прямого доступа к памяти (DMA).

Рассмотрим DSP процессор ADSP-TS001 TigerSHARC, который вычисляет 1024-точечное 32-разрядное комплексное БПФ с плавающей точкой за 69 мкс. Очевидно, что максимальная частота дискретизации равна 1024/69 мкс = 14,8 MSPS. Это подразумевает, что сигнал имеет ширину полосы частот меньшую, чем 7,4 МГц. Также предполагается, что нет дополнительных затрат процессорного времени, связанных с БПФ, или ограничений, связанных с передачей данных.

Приведенный пример дает оценку максимальной ширины полосы сигнала, который может быть обработан данным DSP-процессором с учетом характеристик реализованного на нем БПФ. Другой подход состоит в том, чтобы, задаваясь шириной полосы сигнала, разработать требования к DSP для обработки сигнала в рассматриваемой полосе. Если ширина полосы частот сигнала известна, требуемая частота дискретизации может быть определена путем ее умножения на коэффициент 2–2,5 (увеличение частоты дискретизации может требоваться для ослабления требований к предшествующему АЦП ФНЧ, устраняющему эффект наложения спектра, (antialiasing filter)). Следующим шагом определяется число точек БПФ, требуемое для достижения желаемой разрешающей способности по частоте. Разрешающая способность по частоте получается делением скорости дискретизации f_s на число точек БПФ N. Эти и другие соображения по поводу БПФ представлены на рис. 5.24.

РЕАЛИЗАЦИЯ БПФ В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ

Ширина полосы сигнала

Частота дискретизации fs

Разрешающая способность по частоте = fs/N

Макс. время вычисления N-точечного БПФ N/fs

Фиксированная точка или плавающая точка

Время выполнения алгоритма БПФ по основанию 2 по сравнению с БПФ по основанию 4

Выигрыш БПФ в отношении сигнал/шум = 10 log₁₀(N/2)

Требования взвешивания с использованием оконной функции (Windowing)

Рис. 5.24

Число точек БПФ также определяет минимальный уровень шума БПФ относительно уровня широкополосного шума, и это также должно быть учтено при выборе числа точек БПФ. На рис. 5.25 представлены соотношения между уровнем сигнала, соответствующим полному динамическому диапазону системы, уровнем широкополосного шума (измеренного в ширине полосы от 0 до f_s/2) и минимальным уровнем шума БПФ.

Обратите внимание, что выигрыш в отношении сигнал/шум БПФ определяется числом точек БПФ. БПФ действует подобно аналоговому анализатору спектра с шириной полосы развертки f_s/N. Увеличение числа точек повышает разрешающую способность БПФ и сужает полосу пропускаемых им частот, сокращая, таким образом, минимальный уровень шума. В этом анализе мы пренебрегли шумом, вызванным ошибкой округления при реализации БПФ. На практике АЦП, который используется для оцифровки сигнала, производит шум квантования, который является доминирующим шумовым источником в системе.

Теперь пришло время исследовать характеристики реально существующих DSP-процессоров и время реализации БПФ на этих процессорах, чтобы представить себе, при каких условиях мы можем осуществлять обработку сигналов в реальном масштабе времени. Это означает, что БПФ должно быть рассчитано в течение времени накопления пакета данных, равного N/f_s. Другие соображения, такие как использование процессора с фиксированной точкой в сравнении с процессором с плавающей точкой, использование алгоритма по основанию 2 в сравнении с алгоритмом по основанию 4, потребляемая процессором мощность и стоимостные показатели, могут также представить предмет для рассмотрения.

Расширение спектра анализируемого сигнала и взвешивание с использованием оконной функции

Расширение спектра анализируемого сигнала при вычислении БПФ может быть лучше всего проиллюстрировано на выполнении N-точечного БПФ с синусоидальным входным сигналом. Будет рассмотрено две ситуации. В первом случае соотношение между частотой дискретизации и частотой входного синусоидального сигнала таково, что в выборке содержится в точности целое число периодов синусоидального сигнала. Напомним, что вычисление ДПФ предполагает, что выборка повторяется бесконечное число раз до и после исследуемого фрагмента сигнала, формируя таким способом бесконечный непрерывный периодический сигнал, как показано на рис. 5.26. При таких условиях форма входного сигнала представляет собой непрерывную синусоидальную функцию, и на выходе ДПФ или БПФ будет один ненулевой частотный отсчет, соответствующий частоте входного сигнала.

Рис. 5.27 отражает ситуацию, когда в выборке нет целого числа периодов синусоидального сигнала. Разрывы, которые образуются в конечных точках выборки, приводят к расширению спектра анализируемого сигнала вследствие появления дополнительных гармоник. В дополнение к появлению боковых лепестков, происходит расширение основного лепестка, что приводит к снижению разрешающей способности по частоте. Этот процесс эквивалентен перемножению входного синусоидального сигнала с прямоугольным импульсом, который имеет известную частотную характеристику sin(x)/x и связанные с этим широкий основной лепесток и боковые лепестки.

Обратите внимание, что первый боковой лепесток только на 12 дБ ниже основного, и что боковые лепестки имеют спад только 6 дБ/октаву. Такая ситуация неприемлема для большинства задач анализа спектра. Поскольку в практических приложениях БПФ для спектрального анализа точные входные частоты неизвестны, следует предпринять определенные шаги к уменьшению боковых лепестков. Оно достигается выбором оконной функции с более сложной формой, чем прямоугольная. Входные отсчеты по времени умножаются на соответствующую функцию окна, что влечет за собой обнуление сигнала на краях выборки, как показано на рис. 5.28. Выбор функции окна является, прежде всего, компромиссом между увеличением ширины основного лепестка и размером боковых лепестков. Для тщательной проработки вопросов, связанных с оконными функциями, настоятельно рекомендуется обратиться к Приложению 7.

Математические функции, описывающие четыре популярные оконные функции (Хемминга, Блэкмана, Хеннинга и минимальная 4-элементная Блэкмана-Харриса), представлены на рис. 5.29.

Оцифрованные оконные функции обычно вычисляются предварительно и сохраняются в памяти DSP с целью минимизации вычислений непосредственно при реализации БПФ. Частотные характеристики прямоугольного окна, окон Хемминга и Блэкмана представлены на рис. 5.30.

Рис. 5.31 иллюстрирует компромисс между увеличением ширины основного лепестка, амплитудой первого бокового лепестка и спадом уровня боковых лепестков для популярных функций окна.

Глава 6

Цифровые фильтры

Уолт Кестер

Введение

Цифровая фильтрация является одним из наиболее мощных инструментальных средств ЦОС. Кроме очевидных преимуществ устранения ошибок в фильтре, связанных с флуктуациями параметров пассивных компонентов во времени и по температуре, дрейфом ОУ (в активных фильтрах) и т. д., цифровые фильтры способны удовлетворять таким техническим требованиям по своим параметрам, которых, в лучшем случае, было бы чрезвычайно трудно или даже невозможно достичь в аналоговом исполнении. Кроме того, характеристики цифрового фильтра могут быть легко изменены программно. Поэтому они широко используются в телекоммуникациях, в приложениях адаптивной фильтрации, таких как подавление эха в модемах, подавление шума и распознавание речи.

Процесс проектирования цифровых фильтров состоит из тех же этапов, что и процесс проектирования аналоговых фильтров. Сначала формулируются требования к желаемым характеристикам фильтра, по которым затем рассчитываются параметры фильтра. Амплитудная и фазовая характеристики формируются аналогично аналоговым фильтрам. Ключевое различие между аналоговым и цифровым фильтрами заключается втом, что, вместо вычисления величин сопротивлений, емкостей и индуктивностей для аналогового фильтра, рассчитываются значения коэффициентов для цифрового фильтра. Иными словами, в цифровом фильтре числа заменяют физические сопротивления и емкости аналогового фильтра. Эти числа являются коэффициентами фильтра, они постоянно находятся в памяти и используются для обработки (фильтрации) дискретных данных, поступающих от АЦП.

Цифровой фильтр, работающий в реальном масштабе времени, оперирует с дискретными по времени данными в противоположность непрерывному сигналу, обрабатываемому аналоговым фильтром. При этом очередной отсчет, соответствующий отклику фильтра, формируется по окончании каждого периода дискретизации. Вследствие дискретной природы обрабатываемого сигнала, на отсчеты данных зачастую ссылаются по их номерам, например, отсчет 1, отсчет 2, отсчет 3 и т. д. На рис. 6.1 представлен низкочастотный сигнал, содержащий высокочастотный шум, который должен быть отфильтрован. Вначале сигнал должен быть оцифрован с помощью АЦП для получения выборки х(n). Далее эта выборка поступает на цифровой фильтр, который в данном случае является НЧ-фильтром. Отсчеты выходных данных у(n) используются для восстановления аналогового сигнала с использованием ЦАП с низким уровнем ложного сигнала.

Тем не менее, цифровые фильтры не могут являться решением всех возможных задач фильтрации, возникающих при обработке сигналов. Для работы в реальном масштабе времени, DSP-процессор должен быть рассчитан на выполнение всех шагов в программе фильтрации в пределах промежутка времени, соответствующего одному такту дискретизации, то есть l/f_s. Высокопроизводительный универсальный DSP-процессор с фиксированной точкой типа ADSP-2189M, обладающий быстродействием 75MIPS, способен выполнить операцию умножения с накоплением при реализации одного каскада фильтра за 13,3 не. DSP-процессор ADSP-2189M затрачивает N+5 инструкций при реализации фильтра с количеством каскадов N. Для 100-каскадного фильтра полное время вычисления составляет приблизительно 1,4 мкс. Это соответствует максимально возможной частоте дискретизации 714 кГц, ограничивая, таким образом, ширину полосы частот обрабатываемого сигнала несколькими сотнями килогерц.

Можно заменить универсальный DSP-процессор специализированным аппаратным цифровым фильтром, способным работать на частотах дискретизации, соответствующих видеосигналу. В других случаях ограничения по быстродействию могут быть преодолены сохранением выборки данных, поступающих с большой скоростью от АЦП, в буферной памяти. Затем буферная память читается со скоростью, совместимой с быстродействием цифрового фильтра, основанного на DSP. Используя данный метод, может осуществляться обработка сигнала в псевдореальном масштабе времени в таких системах как радар, где обычно обрабатываются пакеты данных, накапливаемые после каждого излучаемого импульса.

Другой подход заключается в использовании специализированных микросхем цифровых фильтров, подобных фильтрам PulseDSP™ компании Systolix. 16-разрядный сигма-дельта-АЦП AD7725 имеет на своем кристалле фильтр PulseDSP, который может выполнять за секунду 125 миллионов операций умножения с накоплением.

В дискретных системах, даже с высокой степенью избыточной дискретизации, требуется наличие аналоговых ФНЧ перед АЦП и после ЦАП для устранения эффекта наложения спектра. Более того, с ростом частоты, сигналы выходят за рамки возможностей доступных АЦП, и цифровая фильтрация становится невозможной. Но на крайне высоких частотах и активная аналоговая фильтрация тоже невозможна из-за ограничений, связанных с полосой пропускания и искажениями ОУ, и в этих случаях требования фильтрации удовлетворяются пассивными элементами. Дальнейшее обсуждение будет сфокусировано, в первую очередь, на фильтрах, которые могут работать в реальном масштабе времени и могут быть программно реализованы с использованием DSP.

В качестве примера сравним аналоговый и цифровой фильтры, показанные на рис. 6.3. Частота среза обоих фильтров равна 1 кГц. Аналоговый фильтр реализован в виде фильтра Чебышева первого рода 6 порядка (характеризуется неравномерностью коэффициента передачи в полосе пропускания и равномерностью коэффициента передачи вне полосы пропускания). На практике этот фильтр может быть собран на трех фильтрах второго порядка, каждый из которых состоит из операционного усилителя и нескольких резисторов и конденсаторов. Проектирование фильтра 6 порядка является непростой задачей, а удовлетворение техническим требованиям по неравномерности характеристики в 0,5 дБ требует точного подбора компонентов.

С другой стороны, представленный цифровой фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ) имеет неравномерность характеристики всего 0,002 дБ в полосе пропускания, линейную фазовую характеристику и значительно более крутой спад частотной характеристики. Таких показателей невозможно достичь аналоговыми методами! На практике существует много других факторов, учитываемых при сравнительной оценке аналоговых и цифровых фильтров. В большинстве современных систем обработки сигналов используются комбинации аналоговых и цифровых методов для реализации желаемых функций и используются преимущества всех методов, как аналоговых, так и цифровых.

СРАВНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ И АНАЛОГОВЫХ ФИЛЬТРОВ

Цифровые фильтры ∙ Аналоговые фильтры

Высокая точность ∙ Низкая точность из-за допуска на элементы

Линейная фаза (КИХ фильтр) ∙ Нелинейная фаза

Нет дрейфа вследствие изменения параметров компонентов ∙ Дрейф вследствие изменения параметров компонентов

Гибкость, возможна адаптивная фильтрация ∙ Реализация адаптивных фильтров затруднена

Легки в моделировании и проектировании ∙ Сложны в моделировании и проектировании

Ограничения при работе в реальном масштабе времени — вычисление должно быть завершено в течение интервала дискретизации ∙ Аналоговые фильтры требуются на высоких частотах и для устранения эффекта наложения спектра

Рис. 6.2

Существует много приложений, в которых цифровые фильтры должны работать в реальном масштабе времени. В них накладываются определенные требования на процессор DSP в зависимости от частоты дискретизации и сложности фильтра. Ключевым моментом является то, что процессор DSP должен проводить все вычисления в течение интервала дискретизации, чтобы быть готовым к обработке следующего отсчета данных. Пусть ширина полосы частот обрабатываемого сигнала равна f_a. Тогда частота дискретизации АЦП f_s должна быть, по крайней мере, в два раза больше, то есть 2f_a. Интервал дискретизации равен l/f_s. Все вычисления, связанные с реализацией фильтра (включая все дополнительные операции), должны быть закончены в течение этого интервала. Время вычислений зависит от числа звеньев фильтра и быстродействия и эффективности процессора DSP. Каждое звено при реализации фильтра требует одной операции умножения и одной операции сложения (умножения с накоплением). Процессор DSP оптимизируется для быстрого выполнения операций умножения с накоплением. Кроме того, многие процессоры DSP имеют дополнительные особенности, такие как реализация циклической адресации и организация программных циклов с автоматической проверкой условия продолжения цикла, минимизирующие количество дополнительных инструкций, которые в противном случае были бы необходимы.

ТРЕБОВАНИЯ К ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ДЛЯ РАБОТЫ В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ

Полоса сигнала = f_a

Частота дискретизации f_s > 2f_a

Период дискретизации =1/f_s

Время вычисления фильтра + доп. операции < период дискр.

♦ Зависит от числа коэффициентов фильтра

♦ Скорости операций умножения с накоплением (MAC)

♦ Эффективности ЦОС

• Поддержка циклических буферов

• Отсутствие дополнительных операций

• и т. д.

Рис. 6.4

Фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ)

Существует два основных типа цифровых фильтров: фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ) и фильтры с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ). Как следует из терминологии, эта классификация относится к импульсным характеристикам фильтров. Изменяя веса коэффициентов и число звеньев КИХ-фильтра, можно реализовать практически любую частотную характеристику. КИХ-фильтры могут иметь такие свойства, которые невозможно достичь методами аналоговой фильтрации (в частности, совершенную линейную фазовую характеристику). Но высокоэффективные КИХ-фильтры строятся с большим числом операций умножения с накоплением и поэтому требуют использования быстрых и эффективных процессоров DSP. С другой стороны, БИХ-фильтры имеют тенденцию имитировать принцип действия традиционных аналоговых фильтров с обратной связь. Поэтому их импульсная характеристика имеет бесконечную длительность. Благодаря использованию обратной связи, БИХ-фильтры могут быть реализованы с меньшим количеством коэффициентов, чем КИХ-фильтры; просто другим способом реализации КИХ или БИХ фильтрации являются решетчатые фильтры, которые часто используются в задачах обработки речи. Цифровые фильтры применяются в приложениях адаптивной фильтрации, благодаря своему быстродействию и простоте изменения характеристик воздействием на его коэффициенты.

ТИПЫ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ

• Фильтр скользящего среднего

• Фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ)

♦ Линейная фаза

♦ Легкость проектирования

♦ Значительные вычислительные затраты

• Фильтр с бесконечной импульсной характеристикой

♦ Основаны на классических аналоговых фильтрах

♦ Высокая вычислительная эффективность

• Решетчатые фильтры (могут быть КИХ или БИХ)

• Адаптивные фильтры

Рис. 6.5

Элементарной формой КИХ-фильтра является фильтр скользящего среднего (moving average), показанный на рис. 6.6.

Фильтры скользящего среднего популярны для сглаживания данных, например, для анализа стоимости акций и т. д. Входные отсчеты х(n) пропускаются через ряд регистров памяти (помеченных z^-1 в соответствии с представлением элемента задержки при z-преобразовании). В приведенном примере имеется четыре каскада, соответствующих 4-точечному фильтру скользящего среднего. Каждый отсчет умножается на 0,25, и результаты умножения суммируются для получения значения скользящего среднего, которое подается на выход у(n). На рисунке также представлено общее уравнение фильтра скользящего среднего на N точек. Вновь обращаем внимание, что N относится к числу точек при вычислении фильтра, а не к разрешающей способности АЦП или ЦАП, как в предыдущих разделах.

С учетом равенства коэффициентов, наиболее простой путь исполнения фильтра скользящего среднего представлен на рис. 6.7. Обратите внимание, что первым шагом является запоминание первых четырех отсчетов х(0), х(1), х(2), х(3) в регистрах. Эти величины суммируются и затем умножаются на 0,25 для получения первого выхода у(3). Обратите внимание, что начальные значения выходов у(0), у(1) и у(2) некорректны, потому что, пока отсчет х(3) не получен, не все регистры заполнены.

Когда получен отсчет х(4), он суммируется с результатом, а отсчет х(0) вычитается из результата. Затем новый результат должен быть умножен на 0,25. Поэтому вычисления, требуемые для получения нового значения на выходе, состоят из одного суммирования, одного вычитания и одного умножения, независимо от длины фильтра скользящего среднего.

Реакция 4-точечного фильтра скользящего среднего на ступенчатое воздействие представлена на рис. 6.8.

Обратите внимание, что фильтр скользящего среднего не имеет выброса по фронту входного сигнала. Это делает его полезным в приложениях обработки сигналов, где требуется фильтрация случайного белого шума при сохранении характера входного импульса. Из всех возможных линейных фильтров фильтр скользящего среднего дает самый низкий уровень шума при заданной крутизне фронта импульса. Это показано на рис. 6.9, где уровень шума понижается по мере увеличения числа точек. Существенно, что время реакции фильтра на ступенчатое воздействие от 0 % до 100 % равно произведению общего количества точек фильтра на период дискретизации.

Частотная характеристика простого фильтра скользящего среднего выражается функцией sin(x)/x. Она представлена в линейном масштабе на рис. 6.10. Увеличение числа точек при реализации фильтра сужает основной лепесток, но существенно не уменьшает амплитуду боковых лепестков частотной характеристики, которая равна приблизительно -14 дБ для фильтра с 11 и с 31 отводами (длиной буфера). Естественно, эти фильтры не подходят в том случае, где требуется большое ослабление в полосе задержания.

Можно существенно улучшить эффективность простого КИХ-фильтра скользящего среднего, выбирая разные веса или значения коэффициентов вместо равных значений. Крутизна спада может быть увеличена добавлением большего количества звеньев в фильтр, а характеристики полосы затухания улучшаются выбором надлежащих коэффициентов фильтра. Обратите внимание, что, в отличие от фильтра скользящего среднего, для реализации каждой ступени обобщенного КИХ-фильтра требуется цикл умножения с накоплением. Сущность проектирования КИХ-фильтра сводится к выбору соответствующих коэффициентов и необходимого числа звеньев при формировании желаемой частотной характеристики фильтра H(f). Для включения необходимой частотной характеристики H(f) в набор КИХ-коэффициентов имеются различные алгоритмы и программные пакеты. Большинство этого программного обеспечения разработано для персональных компьютеров и доступно на рынке. Ключевой теоремой проектирования КИХ-фильтра является утверждение, что коэффициенты h(n) КИХ-фильтра являются просто квантованными значениями импульсной характеристики этого фильтра. Соответственно, импульсная характеристика является дискретным преобразованием Фурье от H(f).

Обобщенная форма КИХ-фильтра с числом звеньев N представлена на рис. 6.11. Как было сказано, КИХ-фильтр должен работать в соответствии с уравнением, задающим свертку:

где h(k) — массив коэффициентов фильтра и x(n-k) — входной массив данных фильтра. Число N в уравнении представляет собой число звеньев и определяет эффективность фильтра, как было сказано выше. КИХ-фильтр с числом звеньев N требует N циклов (операций) умножения с накоплением.

Согласно рис. 6.12, диаграммы КИХ-фильтров часто изображаются в упрощенном виде. Операции суммирования представляются стрелками, указывающими в точки, а операции умножения обозначают, помещая коэффициенты h(k) рядом со стрелками на линиях. Элемент задержки z^-1 показывают, помещая его обозначение выше или рядом с соответствующей линией.

РЕАЛИЗАЦИЯ КИХ-ФИЛЬТРА НА ПРОЦЕССОРЕ DSP С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИКЛИЧЕСКИХ БУФЕРОВ

В рядах, задаваемых уравнениями КИХ-фильтров, предполагается последовательное обращение к N коэффициентам от h(0) до h(N-1). Соответствующие точки данных циркулируют в памяти. При этом добавляются новые отсчеты данных, заменяя самые старые, и каждый раз производится вычисление выходного значения фильтра. Для реализации циклического буфера может использоваться фиксированный объем оперативной памяти, как показано на рис. 6.13 для КИХ-фильтра с 4 звеньями. Самый старый отсчет данных заменяется новым после каждой операции вычисления свертки. Выборка из четырех последних отсчетов данных всегда сохраняется в оперативной памяти.

Чтобы упростить адресацию, чтение из памяти старых значений начинается с адреса, который следует непосредственно за адресом только что записанного нового элемента выборки. Например, если значение х(4) только что записано в ячейку памяти 0, то значения данных читаются из ячеек 1, 2, 3 и 0. Этот пример может быть расширен применительно к любому числу звеньев фильтра. Используя адресацию ячеек памяти таким способом, адресный генератор должен лишь вычислять последовательные адреса, независимо от того, является ли данная операция чтением памяти или записью. Такой буфер в памяти данных называется циклическим, потому что, когда достигается его последняя ячейка, указатель автоматически позиционируется на начало буфера.

Выборка коэффициентов из памяти осуществляется одновременно с выборкой данных. В соответствии с описанной схемой адресации, самый старый отсчет данных выбирается первым. Поэтому сначала должна осуществляться выборка из памяти последнего коэффициента. При использовании адресного генератора, поддерживающего инкрементную адресацию, коэффициенты могут быть сохранены в памяти в обратном порядке: h(N-1) помещается в первую ячейку, a h(0) — в последнюю. И наоборот, коэффициенты могут быть сохранены в порядке возрастания их номеров, если использовать адресный генератор, поддерживающий декрементную адресацию. В примере, показанном на рис. 6.13, коэффициенты сохранены в обратном порядке.

Простая итоговая блок-схема для этих операций представлена на рис. 6.14.

Для DSP-процессоров компании Analog Devices все операции, выполняемые за один цикл фильтра, производятся за один командный цикл процессора, благодаря чему существенно увеличивается эффективность вычислений. Данное преимущество известно как реализация циклов без дополнительных операций. Ассемблерный код КИХ-фильтра для семейства процессоров ЦОС ADSP-21XX с фиксированной точкой представлен на рис. 6.15. Стрелками в тексте помечены исполняемые команды, остальная часть кода — просто комментарии, добавленные для пояснения.

Первая команда (помеченная меткой fir:) инициирует вычисления, очищая регистр MR и заполняя регистры МХ0 и MY0 первым значением данных и первым значением коэффициентов из памяти программ и памяти данных. Затем, для вычисления суммы первых N-1 слагаемых, N-1 раз в N циклах выполняется операция умножения с накоплением, реализуя свертку выборки следующего набора данных и коэффициентов. Заключительная команда умножения с накоплением выполняется с включенным режимом округления для округления результата до старших 24 разрядов регистра MR. Затем регистр MR1 условно насыщается до своего наибольшего положительного или отрицательного значения, в зависимости от состояния флага переполнения в регистре MV. Благодаря такому подходу, при накоплении результата используются преимущества регистра MR 40-разрядной точности. Насыщение происходит только в том случае, если вычисление заключительного результата привело к переполнению 32 младших значащих разрядов регистра MR.

Ограничение на число звеньев фильтра, реализующего подпрограммы КИХ-фильтрации в реальном масштабе времени, определяется, прежде всего, длительностью процессорного цикла, частотой дискретизации и требуемым объемом других вычислений. Подпрограмма КИХ-фильтра, представленная в примере, требует общего количества циклов N+5 для фильтра с числом звеньев N. Для DSP-процессора ADSP-2189M, обладающего быстродействием 75 MIPS, один цикл команды выполняется за 13,3 не, так что фильтр с числом звеньев 100 требует 13,3 нс*100 + 5*13,3 нс = 1330 нс + 66,5 нс = 1396,5 нс = 1,4 мкс.

Проектирование КИХ-фильтров

Благодаря современным средствам САПР, проектирование КИХ-фильтров выполняется относительно просто. На рис. 6.16 представлены некоторые характеристики КИХ-фильтров и наиболее популярные методы их проектирования.

ХАРАКТЕРИСТИКИ КИХ-ФИЛЬТРОВ

• Импульсная характеристика имеет конечную длительность (N циклов)

• Линейная фаза, постоянная групповая задержка (N должно быть нечетным)

• Нет аналогового эквивалента

• Безусловная устойчивость

• Может быть адаптивным

• Вычислительные преимущества при децимации на выходе

• Легкое понимание принципов и проектирование

♦ Оконный метод sin(x)/x (Windowed-Sinc)

♦ Разложение в ряд Фурье со взвешиванием (Windowing)

♦ Синтез произвольной частотной характеристики и использование обратного БПФ

♦ Программа Паркса-Макклиллана (Parks-McClellan) с алгоритмом обмена Ремеза (Remez)

Рис. 6.16

Проектирование КИХ-фильтров базируется, в первую очередь, на том, что частотная характеристика фильтра определяется импульсной характеристикой, а во-вторых, на том, что коэффициенты фильтра определяются его квантованной импульсной характеристикой. Оба положения иллюстрирует рис. 6.17.

На вход КИХ-фильтра подается одиночный импульс, и по мере прохождения этого импульса через элементы задержки, на выходе поочередно формируются коэффициенты фильтра. Таким образом, процесс проектирования КИХ-фильтра состоит в определении его импульсной характеристики по желаемой частотной характеристике с последующим квантованием импульсной характеристики в ходе генерации коэффициентов фильтра.

Полезно сделать некоторое отступление и исследовать соотношения между временным и частотным представлениями для лучшего понимания принципов, лежащих в основе цифровых фильтров, в частности — КИХ-фильтров. В дискретной системе операция свертки может быть представлена рядом операций умножения с накоплением. Операция свертки во временной или частотной области эквивалентна умножению "точки на точку" в соответствующей дуальной области. Например, свертка во временной области эквивалентна умножению в частотной области. Это изображено графически на рис. 6.18. Очевидно, что фильтрация в частотной области может быть выполнена умножением на 1 всех частотных компонентов в полосе пропускания и умножением на 0 всех частотных компонентов в полосе задержки. И наоборот, свертка в частотной области эквивалентна умножению "точки на точку" во временной области.

Функция передачи в частотной области (1 или 0) может быть отображена во временную область с использованием дискретного преобразованием Фурье (ДПФ) (на практике используется БПФ). Во временной области это дает импульсную характеристику фильтра. Так как умножение в частотной области (спектр сигнала умножается на функцию передачи фильтра) эквивалентно свертке во временной области (сигнал свернут с импульсной характеристикой), то сигнал может быть отфильтрован путем вычисления его свертки с импульсной характеристикой фильтра. Задача фильтрации с использованием КИХ-фильтра является в точности таким процессом. Так как мы имеем дело с дискретной системой, сигнал и импульсная характеристика квантуются по времени и амплитуде, давая в результате набор дискретных отсчетов. Дискретные отсчеты, включающие желаемую импульсную характеристику, являются коэффициентами КИХ-фильтра.

Математический аппарат, применяемый при проектировании фильтров (аналоговых или цифровых), в основном базируется на преобразованиях Фурье. В непрерывных по времени системах в качестве обобщенного преобразования Фурье может рассматриваться преобразование Лапласа. Подобным способом можно обобщить преобразование Фурье для дискретных по времени систем, и результат такого обобщения известен как z-преобразование. Детальное описание использования z-преобразования при проектировании цифровых фильтров дано в приложениях 1, 2, 3, 4, 5 и 6, хотя для понимания дальнейшего материала и нет необходимости в глубоких теоретических изысканиях.

Частотная характеристика идеального ФНЧ представлена на рис. 6.19, А.

Соответствующая импульсная характеристика во временной области представлена на рис. 6.19, В и является функцией sin(x)/x (sine). Если для реализации этой частотной характеристики использовать КИХ-фильтр, то он должен иметь бесконечное число звеньев. Метод sin(x)/x со взвешиванием заключается в следующем. Сначала импульсная характеристика обрезается до разумного числа точек N, как на рис. 6.19, С. Как было обсуждено в разделе 5, частотная характеристика, соответствующая рис. 6.19, С, имеет слишком большое влияние боковых лепестков из-за разрывов в области конечных точек в усеченной импульсной характеристике. Следующий шаг в процессе проектирования состоит в применении к усеченному импульсу соответствующей весовой функции, как показано на рис. 6.19, D, обнуляющей конечные точки. Выбранная таким образом весовая функция определяет спад и характеристики боковых лепестков фильтра. Весовые оконные функции были подробно обсуждены в разделе 5. Как правило, существует несколько приемлемых вариантов в зависимости от желаемой частотной характеристики. Частотная характеристика фильтра с усеченной импульсной характеристикой sin(x)/x (рис. 6.19, Е) представлена на рис. 6.19, F.

Метод рядов Фурье со взвешиванием (рис. 6.20) заключается в начальном математическом определении функции передачи H(f) и последующем разложении ее в ряд Фурье. Коэффициенты ряда Фурье определяют импульсную характеристику и, следовательно, коэффициенты КИХ-фильтра. Затем импульсная характеристика должна быть усечена и подвергнута взвешиванию с использованием оконной функции, как в предыдущем случае. После усечения и применения оконной функции используется БПФ для генерации соответствующей частотной характеристики. Частотная характеристика может быть изменена выбором различных оконных функций, хотя точное управление характеристиками частотной характеристики в полосе режекции затруднено при любом методе, использующем взвешивание с функцией окна.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КИХ-ФИЛЬТРА ПО МЕТОДУ РЯДОВ ФУРЬЕ СО ВЗВЕШИВАНИЕМ

• Точное определение передаточной характеристики H(f)

• Разложение H(f) в ряд Фурье: коэффициенты ряда Фурье являются коэффициентами КИХ-фильтра h(k) и его импульсной характеристикой

• Усечение импульсной характеристики до N точек

• Взвешивание h(k) с соответствующей оконной функцией для сглаживания эффекта усечения

• Отсутствует точное управление частотой среза; сильная зависимость от оконной функции

Рис. 6.20

Проектирование КИХ-фильтра по методу частотной дискретизации

Этот метод чрезвычайно полезен при генерации КИХ-фильтра с произвольной частотной характеристикой. H(f) определяется как набор точек амплитудной и фазовой характеристик в частотной области. Затем точки преобразуются в вещественные и мнимые составляющие комплексного спектра. Следующим шагом является получение импульсной характеристики путем взятия комплексного обратного БПФ от частотной характеристики. Далее импульсная характеристика обрезается до N точек и применяется взвешивание с функцией окна для минимизации эффекта усечения. Затем результат проектирования фильтра должен быть проверен путем вычисления БПФ от импульсной характеристики и оценки получившейся частотной характеристики. Для получения желаемой характеристики может потребоваться несколько итераций.

МЕТОД ЧАСТОТНОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИИ ДЛЯ КИХ-ФИЛЬТРА С ПРОИЗВОЛЬНОЙ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ

• Определение Н(k) как конечного числа спектральных точек, равномерно распределенных между 0 и 0,5 f_s (обычно достаточно 512)

• Определение фазовых точек (можно делать равными 0)

• Преобразование в алгебраическую форму (вещ. + мнимая части)

• Комплексное обратное БПФ массива H(f) для получения импульсной характеристики

• Усечение импульсной характеристики до N точек

• Взвешивание h(k) с подходящей функцией окна для сглаживания эффектов усечения

• Проверка результата и при необходимости коррекция

• Методы САПР больше подходят для ФНЧ, ФВЧ, полосовых и режекторных фильтров

Рис. 6.21

Проектирование КИХ-фильтров с использованием программы Паркса-Макклиллана (Parks-McClellan)

Метод проектирования, основанный на использовании окон для усечения импульсной характеристики и получения желаемой частотной характеристики, исторически был первым методом проектирования КИХ-фильтров. Метод частотной дискретизации был разработан в 70-ых годах и до сих пор популярен в тех случаях, где частотная характеристика является произвольной функцией.

Сегодня доступны современные программы САПР, которые существенно упрощают проектирование НЧ, ВЧ, полосовых и режекторных КИХ-фильтров. Популярная программа была разработана Парксом (Parks) и Макклилланом (McClellan) и использует алгоритм обмена Ремеза (Remez). Проектирование фильтра начинается с определения параметров, представленных на рис. 6.22: неравномерности полосы пропускания, неравномерности полосы задержки (то же, что ослабление) и области перехода. Для этого примера проектирования была использована программа QED1000 фирмы Momentum Data Systems (демонстрационная версия свободно доступна по адресу http://www.mds.com).

В этом примере мы будем проектировать звуковой НЧ фильтр, который работает при частоте дискретизации 44,1 кГц. Фильтр определен согласно рис. 6.22. Граничная частота полосы пропускания составляет 18 кГц. Полоса задержки начинается при 21 кГц, неравномерность полосы пропускания равна 0,01 дБ, а неравномерность полосы задержки (ослабление) — 96 дБ. Мы также должны определить длину слова (разрядность) коэффициентов, которая в данном случае составляет 16 разрядов, принимая во внимание, что используется 16-разрядный процессор DSP с фиксированной точкой.

ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ ПРОГРАММЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КИХ-ФИЛЬТРА

• Оценка требуемого порядка фильтра: 69

♦ Принять? Изменить? Принять

• Частотная характеристика (линейная и логарифмическая шкалы)

• Реакция на ступенчатое воздействие Анализ в S- и Z-плоскостях

• Импульсная реакция: коэффициенты фильтра (квантованные)

• Ассемблерный код DSP процессора для КИХ-фильтра

Рис. 6.24

Программа позволяет нам выбирать между проектированием, основанным на взвешивании с использованием оконных функций, и проектированием КИХ-фильтров с фиксированной неравномерностью Паркса-Макклиллана. Если выбрать последний способ, то программа оценивает число звеньев фильтра, требуемое для его реализации с соблюдением сформулированных технических требований. В данном случае число звеньев равно 69. Можно принять это число и продолжить проектирование или уменьшить число звеньев и посмотреть, можно ли с меньшим числом достичь требуемой спецификации.

Примем это значение и дадим возможность программе закончить вычисления. Программа выдает частотную характеристику (рис. 6.25), реакцию фильтра на ступенчатое воздействие (рис. 6.26), данные анализа в s- и z-плоскостях и импульсную характеристику (рис. 6.27).

Затем программа QED1000 выдает квантованные коэффициенты фильтра, которые служат исходными данными для программы, генерирующей реальный ассемблерный код для ряда популярных DSP процессоров, включая процессоры Analog Devices. Программа обладает достаточной степенью гибкости и позволяет пользователю выполнять ряд сценариев оптимизации проектируемого фильтра.

КИХ-фильтр с 69 звеньями требует 69 + 5 = 74 командных цикла процессора ADSP-2189M быстродействием 75MIPS, дает полное время вычисления на отсчет 74*13,3 нс = 984 нс. Интервал дискретизации равен 1/44,1 кГц или 22,7 мкс. Это дает 22,7 мкс — 0,984 мкс = 21,7 мкс для различных дополнительных операций и реализации других алгоритмов.

Вследствие избыточности вычислительной мощности процессора в данном случае появляется целый ряд возможностей, которые включают использование более медленного процессора для этого приложения (3,3 MIPS), реализацию более сложного фильтра, который требует большего времени вычисления (до N = 1700) или увеличения частоты дискретизации до 1 MSPS.

ПРИМЕР ПРОЕКТИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ADSP-2189M: ПРОЦЕССОРНОЕ ВРЕМЯ ДЛЯ КИХ-ФИЛЬТРА 69 ПОРЯДКА

• Частота дискретизации f_s = 44,1 kSPS

• Интервал дискретизации = 1/f_s = 22,7 мкс

• Порядок фильтра, N = 69

• Количество требуемых команд = N + 5 = 74

• Процессорное время на команду = 13,3 нс (75 MIPS) (ADSP-2189M)

• Общее время обработки = 74 х 13,3 нс = 984 нс

• Общее время обработки < интервала дискретизации и 22,7 мкс — 0,984 мкс = 21,7 мкс запас для других операций

♦ Увеличение частоты дискретизации до 1 МГц

♦ Использование более медленного процессора ЦОС (3,3 MIPS)

♦ Увеличение порядка фильтра (до N = 1700)

Рис. 6.28

Преобразование спроектированной импульсной характеристики НЧ фильтра в импульсную характеристику ВЧ фильтра может быть выполнено одним из двух способов. По методу инверсии спектра знак каждого коэффициента фильтра в импульсной характеристике НЧ фильтра изменяется на противоположный. Затем к центральному коэффициенту прибавляется 1. По методу реверсирования спектра изменяется знак каждого второго коэффициента. Это приводит к изменению характеристик в частотной области. Другими словами, если частота среза НЧ фильтра равна 0,2*f_s, то результирующий ВЧ фильтр будет иметь частоту среза 0,5*f_s — 0,2*f_s = 0,3*f_s. Это должно приниматься во внимание при проектировании исходного НЧ фильтра.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЧ ФИЛЬТРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИМПУЛЬСНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЧ ФИЛЬТРА

• Метод инверсии спектра:

♦ Проектируем ФНЧ (линейная фаза, нечетное N)

♦ Изменяем знак каждого коэффициента в импульсной характеристике h(n)

♦ Прибавляем 1 к коэффициенту в центре симметрии h(n)

• Метод реверсирования спектра:

♦ Проектируем ФНЧ

♦ Изменяем знак каждого второго коэффициента в импульсной характеристике h(n)

♦ Это переворачивает характеристику в частотной области слева направо:

Значение по частоте, соответствующее 0, становится соответствующим 0,5; 0,5 становится соответствующим 0; т. е. если частота среза ФНЧ равна 0,2, то частота среза результирующего ФВЧ равна 0,3

Рис. 6.29

Полосовой и режекторный фильтры можно спроектировать, комбинируя надлежащим образом соответствующие НЧ и ВЧ фильтры. Полосовые фильтры проектируются посредством каскадного соединения НЧ и ВЧ фильтров. Вычисляя свертку двух индивидуальных импульсных характеристик, получают эквивалентную импульсную характеристику каскадных фильтров.

Режекторный фильтр проектируется посредством параллельного подключения НЧ и ВЧ фильтров и суммирования сигналов с их выходов. Суммируя индивидуальные импульсные характеристики, получают эквивалентную импульсную характеристику.

Фильтры с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ)

Как было упомянуто ранее, КИХ-фильтры не имеют реальных аналоговых эквивалентов. Самой близкой аналогией является фильтр скользящего среднего с взвешиванием. Кроме того, частотные характеристики КИХ-фильтров имеют только нули и не имеют полюсов.

С другой стороны, БИХ-фильтры имеют традиционные аналоговые эквиваленты (фильтры Баттерворта, Чебышева, эллиптический и Бесселя) и могут быть проанализированы и синтезированы с использованием традиционных методов проектирования фильтров.

БИХ-фильтры получили такое название, потому что их импульсные характеристики растянуты на бесконечном временном интервале. Это объясняется тем, что данные фильтры являются рекурсивными, то есть используют обратную связь. Хотя БИХ-фильтры могут быть реализованы с меньшим, чем КИХ-фильтры, количеством вычислений, БИХ-фильтры не могут иметь таких характеристик, которыми обладают КИХ-фильтры. Более того, БИХ-фильтр не имеет линейной фазовой характеристики. Но вычислительные преимущества БИХ-фильтра теряются, когда выходной сигнал фильтра подвергается децимации, поскольку в этом случае всякий раз приходится вычислять заново значение выходной величины.

БИХ-фильтры обычно реализуются с помощью звеньев второго порядка, которые называются биквадратными фильтрами, потому что описываются биквадратными уравнениями в z-области. Фильтры высокого порядка проектируют, используя каскадирование биквадратных звеньев. Например, фильтр шестого порядка требует трех биквадратных звеньев.

ФИЛЬТРЫ С БЕСКОНЕЧНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ (БИХ)

• Имеют обратную связь (рекурсия)

• Импульсная характеристика имеет бесконечную длительность

• Потенциально нестабильны

• Нелинейная фазочастотная характеристика

• Более эффективны, чем КИХ-фильтры

• Нет вычислительных преимуществ при децимации по выходу

• Обычно проектируется по характеристике аналогового фильтра

• Обычно реализуется каскадным соединением звеньев второго порядка (биквадратные фильтры)

Рис. 6.31

Структура биквадратного БИХ-фильтра представлена на рис. 6.32. Нули формируются коэффициентами прямой связи b₀, b₁ и Ь₁; а полюса (порядок) определяются коэффициентами обратной связи a₁ и а₂.

Общее уравнение цифрового фильтра, представленное на рис. 6.32, описывает обобщенную передаточную функцию H(z), которая содержит полиномы и в числителе, и в знаменателе. Корни знаменателя определяют расположение полюсов фильтра, а корни числителя характеризуют расположение нулей. Хотя существует возможность создания непосредственно по этому уравнению БИХ-фильтра более высокого порядка (так называемая прямая реализация), накапливающиеся ошибки квантования (из-за арифметики с фиксированной точкой и конечной длины слова) могут вызывать неустойчивость работы фильтра и большие ошибки. По этой причине правильнее расположить каскадно несколько биквадратных звеньев с соответствующими коэффициентами, чем использовать прямую форму реализации. Данные при вычислении биквадратных фильтров могут масштабироваться раздельно, а затем биквадратные звенья каскадируются для минимизации ошибок квантования коэффициентов и накапливающихся ошибок рекурсивного накопления. Каскадные биквадратные фильтры работают более медленно, чем их эквиваленты прямой формы реализации, но они более устойчивы и в них минимизируются эффекты, связанные с арифметическими ошибками конечной разрядности данных.

Первая прямая форма биквадратного звена, представленная на рис. 6.32, требует использования четырех регистров. Эта конфигурация может быть заменена эквивалентной схемой, представленной на рис. 6.33, которая называется второй прямой формой реализации и требует использования только двух регистров.

Можно показать, что уравнения, описывающие биквадратный БИХ-фильтр второй прямой формы реализации, такие же, как и уравнения первой прямой формы реализации. Как и в случае КИХ-фильтра, система обозначений при изображении БИХ-фильтра часто упрощается, как показано на рис. 6.34.

Методы проектирования БИХ-фильтров

Популярный метод проектирования БИХ-фильтра сводится к тому, что сначала проектируется эквивалентный аналоговый фильтр, а затем функция передачи H(s) преобразуется математически вz-область, H(z). Проектирование фильтров более высоких порядков выполняется каскадированием биквадратных звеньев. Наиболее популярными аналоговыми фильтрами являются фильтры Баттерворта, Чебышева, эллиптические и Бесселя (см. рис. 6.35). Существует множество программ САПР, способных генерировать функцию передачи фильтра, заданную с помощью преобразования Лапласа.

ОБЗОР ПОПУЛЯРНЫХ АНАЛОГОВЫХ ФИЛЬТРОВ

• Баттерворта

♦ Нет нулей частотной характеристики, нет пульсаций в полосе пропускания и задержки

♦ Максимально плоская характеристика (быстрый спад без пульсаций)

• Чебышева 1-го рода

♦ Нет нулей частотной характеристики, пульсации в полосе пропускания, нет пульсаций в полосе задержки

♦ Более короткая область перехода, чем у фильтра Баттерворта для данного порядка

♦ Фильтр 2-го рода имеет пульсации в полосе задержки, нет пульсаций в полосе пропускания

• Эллиптический (Кауэра)

♦ Имеет полюса и нули, пульсации и в полосе пропускания, и в полосе задержки

♦ Более короткая область перехода, чем у фильтра Чебышева для данного порядка

♦ Фазовая характеристика хуже

• Бесселя (Томпсона)

♦ Нет нулей частотной характеристики, нет пульсаций в полосе пропускания и задержки

♦ Оптимизирован по линейной фазовой и импульсной характеристикам

♦ Самая длинная переходная характеристика из всех фильтров данного порядка

Рис. 6.35

Фильтр Баттерворта, не имеющий нулей частотной характеристики, (также называемый фильтром с максимально плоской характеристикой), не создает пульсаций (неравномерности) в полосе пропускания и в полосе задержки, то есть обладает монотонной характеристикой в обеих полосах. Фильтр Чебышева 1-го рода имеет более быстрый спад частотной характеристики, чем фильтр Баттерворта (при равном порядке), и создает пульсации (неравномерность) в полосе пропускания. Реже используются фильтры Чебышева 2-го рода, имеющие пульсации (неравномерность) в полосе задержки, а не в полосе пропускания.

Эллиптический фильтр (фильтр Кауэра) имеет полюса и нули частотной характеристики и создает пульсации (неравномерность) и в полосе пропускания, и в полосе задержки. Этот фильтр имеет более быстрый спад частотной характеристики, чем фильтр Чебышева при том же числе полюсов (порядке). Эллиптический фильтр часто используется там, где допускается несколько худшая фазовая характеристика.

Наконец, фильтр Бесселя (Томпсона), который не имеет нулей частотной характеристики, обладает оптимальной импульсной характеристикой и линейной фазовой характеристикой, но имеет худший спад частотной характеристики из всех типов обсуждавшихся фильтров при том же числе полюсов (порядке).

Все вышеперечисленные типы аналоговых фильтров описаны в литературе, их преобразования по Лапласу H(s) доступны либо из таблиц, либо могут быть получены с помощью средств САПР. Существует три метода преобразования изображения по Лапласу в z-изображение: метод инвариантности импульсной характеристики, билинейное преобразование и согласованное z-преобразование. Результирующее z-изображение может быть преобразовано в коэффициенты биквадратного БИХ-фильтра. Эти методы достаточно распространены в математике и в дальнейшем не будут обсуждаться.

Подход САПР при проектировании БИХ-фильтра подобен программе Паркса-Макклиллана, используемой для КИХ-фильтров. Эта методика использует алгоритм Флетчера-Пауэла (Fletcher-Powell).

При вычислении производительности специального процессора DSP, предназначенного для реализации БИХ-фильтров, необходимо исследовать эталонные требования эффективности вычислений для биквадратного звена фильтра. Для получения выходного отсчета биквадратного фильтра при его реализации на базе семейства процессоров ADSP-21ХХ требуется семь командных циклов. Для DSP-процессора ADSP-2189M, обладающего быстродействием 75 MIPS, это соответствует 7*13,3 нс = 93 нс, что дает максимально возможную частоту дискретизации 10 MSPS (в пренебрежении дополнительными операциями).

МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БИХ-ФИЛЬТРОВ

• Метод инвариантности импульсной характеристики

♦ Начинается с определения H(s) для аналогового фильтра

♦ Взятие обратного преобразования Лапласа для получения импульсной характеристики

♦ Получение z-преобразования H(z) из дискретной импульсной характеристики

♦ z-преобразование выдает коэффициенты фильтра

♦ Должен быть учтен эффект наложения спектров

• Метод билинейного преобразования

♦ Другой метод для преобразования H(s) в H(z)

♦ Характеристики определяются дифференциальным уравнением, описывающим аналоговую систему

♦ Не важен эффект наложения спектра

• Метод согласованного z-преобразования

♦ Отображает H(s) в H(z) для фильтров и с полюсами, и с нулями

Методы САПР

♦ Алгоритм Флетчера-Пауэла

♦ Осуществляются каскадированием биквадратных звеньев

Рис. 6.36

СКОРОСТЬ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ БИХ-ФИЛЬТРОВ

• Определение количества биквадратных звеньев, требуемых для реализации желаемой частотной характеристики

• Умножение этого количества на время выполнения одного биквадратного звена для DSP процессора (например, 7 командных циклов х 13,3 нс = 93 нс для ADSP-2189M при скорости 75 MIPS)

• Результат (плюс дополнительные операции) является минимально допустимым периодом дискретизации (1/f_s) для работы в реальном масштабе времени

Рис. 6.37

Резюме: сравнение КИХ- и БИХ-фильтров

Выбор между КИХ-и БИХ-фильтрами может быть своего рода состязанием в проектировании, но несколько основных руководящих принципов дать можно. Как правило, БИХ-фильтры более эффективны, чем КИХ-фильтры, потому что они требуют меньшего количества памяти и меньшего количества операций умножения с накоплением. БИХ-фильтры могут быть разработаны, основываясь на предыдущем опыте проектирования аналоговых фильтров. БИХ-фильтры могут приносить проблемы неустойчивости, но это происходит реже, если проектируемые фильтры высокого порядка реализуются как системы, состоящие из каскадов второго порядка.

С другой стороны, КИХ-фнльтры требуют большего количества звеньев и, соответственно, операций умножения с накоплением для реализации частотной характеристики с заданной частотой среза, но при этом имеют линейную фазовую характеристику. КИХ-фильтры работают на конечном временном интервале данных, поэтому, если часть данных испорчена (например, в результате сбоев в работе АЦП), КИХ-фильтр будет «звенеть» только на временном интервале, соответствующем N-1 отсчетам. БИХ-фильтр, из-за наличия обратной связи, будет «звенеть» значительно более длительный период времени.

СРАВНЕНИЕ КИХ И БИХ ФИЛЬТРОВ

БИХ-фильтры ∙ КИХ-фильтры

Более эффективны ∙ Менее эффективны

Есть аналоговый эквивалент ∙ Нет аналогового эквивалента

Могут быть нестабильными ∙ Всегда стабильные

Нелинейная фазовая характеристика ∙ Линейная фазовая характеристика

Больше «звон» при наличии ложных сигналов ∙ Меньше «звон» при наличии ложных сигналов

Доступны средства САПР ∙ Доступны средства САПР

Децимация не влияет на эффективность ∙ Децимация увеличивает эффективность

Рис. 6.38

Если необходимы фильтры с крутым спадом и испытывается дефицит во времени, отведенном для обработки, хорошим выбором являются эллиптические БИХ-фильтры. Если число операций умножения с накоплением не является чрезмерным и требуется линейная фаза, то должен быть выбран КИХ-фильтр.

Фильтры с изменяемой частотой дискретизации

Существует множество приложений, требующих изменения эффективной частоты дискретизации дискретной системы. Во многих случаях это требование может быть удовлетворено простым изменением частоты дискретизации АЦП или ЦАП. Однако часто желательно выполнить преобразование частоты дискретизации после того, как сигнал был оцифрован. Наиболее общими методами такого преобразования являются децимация (уменьшение частоты дискретизации с коэффициентом М) и интерполяция (увеличение частоты дискретизации с коэффициентом L). Коэффициенты децимации и интерполяции (М и L) обычно являются целыми числами. В более общем случае может потребоваться дискретизация с дробным коэффициентом. В частности, для преобразования частоты дискретизации 44,1 кГц, используемой в проигрывателях компакт-дисков, в частоту дискретизации 48 кГц, используемую в цифровой звукозаписи в формате DAT, осуществляется интерполяция с коэффициентом L=160, сопровождаемая децимацией с коэффициентом М=147.

Концепция децимации проиллюстрирована на рис. 6.39.

Верхняя диаграмма показывает исходный сигнал с полосой f_a, который дискретизирован с частотой f_s. Диаграмма, содержащая соответствующий спектр, показывает, что частота дискретизации значительно превышает частоту, требуемую для сохранения информации, содержащейся в полосе f_a, то есть сигнал с полосой f_a является избыточно дискретизированным сигналом. Обратите внимание, что полоса между частотами f_a и f_s-f_a, не содержит никакой полезной информации. Нижняя диаграмма показывает тот же самый сигнал, но частота дискретизации его уменьшена с коэффициентом М. Несмотря на сниженную частоту дискретизации, эффект наложения спектров отсутствует и потерь информации нет. Децимация с большим коэффициентом, чем показано на рис. 6.39, вызовет наложение спектров.

Рис. 6.40,а показывает процесс децимации выходного сигнала КИХ-фильтра. Данные у(n) с выхода фильтра сохраняются в регистре данных, который стробируется с частотой f_s/M, соответствующей частоте дискретизации после децимации. В данном случае децимация не изменяет объема вычислений, требуемых для реализации цифрового фильтра, то есть фильтр должен вычислять каждый выходной отсчет у(n).

На рис. 6.40,б представлен метод, который может использоваться для увеличения с коэффициентом М вычислительной эффективности КИХ-фильтра… Данные из регистров задержки сохраняются в N регистрах данных, которые стробируются частотой, соответствующей частоте дискретизации после децимации f_s/М. Операции умножения с накоплением в КИХ-фильтре теперь должны выполняться только в каждом М-ом тактовом цикле. Этот выигрыш в эффективности может быть использован для реализации фильтра с большим количеством звеньев и для проведения дополнительных вычислений. Данный выигрыш позволяет, также, использовать более медленный и дешевый процессор DSP.

На рис. 6.41 представлена концепция интерполяции. Исходный сигнал на рис. 6.41,а дискретизирован с частотой f_s. На рис. 6.41,б частота дискретизации увеличена с коэффициентом L и добавлены нули для заполнения дополнительных отсчетов. Сигнал с добавленными нулями пропускают через фильтр интерполяции, который формирует дополнительные данные в точках, ранее заполненных нулями.

Иллюстрацию эффекта интерполяции в частотной области представляет рис. 6.42. Исходный сигнал, дискретизированный с частотой f_s, показан на рис. 6.42,а. На рис. 6.42,б интерполированный сигнал имеет частоту дискретизации Lf_s.

Примером использования интерполяции является ЦАП проигрывателя компакт-дисков, где данные генерируются с частотой 44,1 кГц. Если эти данные, спектр которых показан на рис. 6.42,а, поступают непосредственно на ЦАП, то требования, предъявляемые к ФНЧ на выходе ЦАП, чрезвычайно высоки. Обычно используется интерполирующий ЦАП с избыточной дискретизацией, дающий спектр, показанный на рис. 6.42,б. Обратите внимание на упрощение требований к аналоговому ФНЧ. Это важно для реализации фильтра с относительно линейной фазовой характеристикой и для сокращения стоимости фильтра.

Цифровая реализация интерполяции представлена на рис. 6.43.

Исходный сигнал х(n) сначала пропускают через экспандер частоты, который увеличивает частоту дискретизации с коэффициентом L и вставляет дополнительные нули. Затем данные проходят через интерполяционный фильтр, который сглаживает данные и интерполирует промежуточные значения между исходными точками данных. Эффективность этого фильтра можно улучшить, используя алгоритм фильтрации, в котором входные отсчеты с нулевым значением не требуют операций умножения с накоплением. Использование DSP-процессора, поддерживающего циклические буферы и циклы, реализуемые без дополнительных операций проверки условия завершения цикла, также улучшает эффективность реализации фильтров.

Интерполяторы и децпматоры могут совместно использоваться для выполнения преобразования частоты дискретизации с дробным коэффициентом, как показано на рис. 6.44.

Сначала входной сигнал х(n) интерполируется с коэффициентом L, а затем подвергается децимации с коэффициентом М. Результирующая выходная частота дискретизации равна Lf_s/M. Чтобы сохранить максимально возможную полосу частот в сигнале, являющемся промежуточным результатом, интерполяция должна быть осуществлена перед децимацией. В противном случае часть полосы исходного сигнала была бы отфильтрована дециматором.

Характерным примером является преобразование частоты дискретизации проигрывателя компакт-дисков, которая равна 44,1 кГц, в частоту дискретизации, используемую при цифровой звукозаписи в формате DAT, которая равна 48,0 кГц. Коэффициент интерполяции при этом равен 160, а коэффициент децимации — 147. На практике, интерполяционный фильтр h'(k) и прореживающий фильтр h"(k) объединяются в один фильтр h(k).

Полная функция преобразования частоты дискретизации интегрирована в микросхемах семейства AD1890, AD1891, AD1892, и AD1893, которые работают на частотах от 8 кГц до 56 кГц (48 кГц для AD1892). Новая модель AD1896 работает на частотах до 196 кГц.

Адаптивные фильтры

В отличие от аналоговых фильтров, характеристики цифровых фильтров могут быть легко изменены путем изменения коэффициентов. Это делает цифровые фильтры привлекательными в коммуникационных приложениях, таких как адаптивный эквалайзинг, компенсация эха, подавление шума, анализ и синтез речи и т. д. Основная идея адаптивной фильтрации представлена на рис. 6.45. Ее цель состоит в том, чтобы так отфильтровать входной сигнал х(n), чтобы он соответствовал опорному сигналу d(n). Для генерации сигнала ошибки опорный сигнал d(n) вычитается из фильтруемого сигнала у(n). Сигнал ошибки управляет алгоритмом адаптации, который генерирует коэффициенты фильтра, минимизирующие сигнал ошибки. Наиболее популярными алгоритмами являются метод наименьших квадратов (least-mean-square) и рекурсивный метод наименьших квадратов (recursive-least-squares).

На рис. 6.46 показано применение адаптивного фильтра для компенсации эффектов амплитудных и фазовых искажений в канале передачи. Коэффициенты фильтра определяются в процессе передачи обучающей последовательности, представляющей известный образец данных. Алгоритм адаптации корректирует коэффициенты фильтра для получения соответствия между принимаемыми данными и данными обучающей последовательности. При связи через модем обучающая последовательность передается после установления первоначального соединения. После передачи обучающей последовательности коммутаторы переключаются в другую позицию, и начинается передача реальных данных. В течение этого времени генерируется сигнал ошибки, равный разности входных и выходных данных адаптивного фильтра.

Сжатие и синтез речи также подразумевают активное использование адаптивной фильтрации для уменьшения требуемых объемов передачи данных. Модель системы линейного кодирования с предсказанием (linear predictive coding, LPC), представленная на рис. 6.47 моделирует голосовой тракт, как импульсный генератор переменной частоты для гласных звуков и генератор случайного шума для согласных звуков. Сигнал от этих генераторов подается на цифровой фильтр, который, в свою очередь, генерирует реальный звуковой сигнал.

На рис. 6.48 дан пример применения линейного кодирования с предсказанием (LPC) в системе мобильной связи GSM. Входной голосовой сигнал оцифровывается 16-разрядным АЦП с частотой дискретизации 8 kSPS. Этим создается поток данных со скоростью 128 kBPS, слишком высокой для непосредственной передачи. DSP-процессор на передающем конце использует LPC-алгоритм для того, чтобы разбить передаваемый сигнал на набор коэффициентов фильтра и сигнал возбуждения. Такое кодирование проводится в интервал сигнала 20 мс, который считается оптимальной для большинства голосовых приложений. Реальная скорость передачи данных составляет всего 2,4 kBPS, что соответствует коэффициенту сжатия 53,3. Принимающий DSP-процессор использует LPC-модель для восстановления речи из принятых коэффициентов фильтра и сигнала возбуждения. В результате выходные данные поступают со скоростью 128 kBPS на 16-разрядный ЦАП для окончательного восстановления голосового сигнала.

Цифровые фильтры, используемые в приложениях линейного кодирования речи с предсказанием, могут быть либо КИХ-, либо БИХ-фильтрами, хотя БИХ-фильтры без нулей частотной характеристики используются наиболее широко. И КИХ- и БИХ-фильтры могут быть реализованы в виде лестничной структур, как показано на рис. 6.49 для рекурсивного фильтра без нулей частотной характеристики.

Данная структура может быть выведена из традиционной структуры БИХ-фильтра, но преимущество лестничного фильтра состоит в том, что его коэффициенты более связаны с результатами работы алгоритмов, которые используют модель голосового тракта, показанную на рис. 6.47, чем коэффициенты эквивалентного БИХ-фильтра.

Параметры модели лестничного фильтра без нулей частотной характеристики определяются линейной экстраполяцией голосовых отсчетов, как показано на рис. 6.50. Вследствие нестационарного характера голосовых сигналов, эта модель применяется только к коротким сегментам (обычно 20 мс). Новый набор параметров обычно определяется для каждого временного сегмента, если между сегментами нет разрывов, которые принудительно сглаживают данные.

Глава 7

Аппаратура цифровых сигнальных процессоров

Дан Кинг, Грег Гирлинг, Кен Воурин, Ноам Левин, Джесс Моррис, Уолт Кестер

Микроконтроллеры, микропроцессоры и цифровые процессоры обработки сигналов (DSP)

Традиционные компьютеры особенно хороши для применения в двух областях деятельности: (1) манипуляция данными, например, подготовка текстов и управление базами данных; и (2) математические вычисления, используемые в науке, технике и цифровой обработке сигналов. Однако, большинство компьютеров не могут одинаково хорошо работать в обеих сферах. В компьютерных приложениях, таких как, например, подготовка текстов, данные запоминаются, сортируются, сравниваются, перемещаются и т. д., и время на выполнение этих операций не имеет большого значения до тех пор, пока оно удовлетворяет конечного пользователя. В приложениях, работающих с базами данных, периодически возникает необходимость реализации математических операций, но скорость их выполнения не является главным фактором. В большинстве случаев при проектировании приложений общего назначения компании производители не концентрируют внимания на создании более эффективных программ. Прикладные программы оказываются перегруженными различными дополнительными возможностями, для каждого обновления которых требуется все больше памяти и нужны все более быстрые процессоры.

ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОВ

РАБОТА С ДАННЫМИ ∙ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ

Работа с текстом ∙ Цифровая обработка сигналов

Управление базами данных ∙ Управление двигателями

Электронные таблицы ∙ Техническое моделирование

Операционные системы ∙ Обработка сигналов в реальном времени

Пересылка данных (А->В) ∙ Сложение (С = А + В)

Сравнение величин (Если А=В, то…) ∙ Умножение (С = А х В)

Время исполнения не критично, заранее не нормируется ∙ Время исполнения критично, нормируется заранее

Рис. 7.1

С другой стороны, для цифровой обработки сигналов важно, чтобы математические операции выполнялись быстро, и время, требуемое на выполнение команд, должно быть известно точно и заранее. Для этого и программа, и аппаратура должны быть очень эффективными. Как было показано в последних двух главах этой книги, наиболее важной математической операцией и ядром всех алгоритмов цифровой обработки сигналов является умножение с последующим суммированием (эта операция обозначена точкой на всех схемах алгоритмов в предыдущих главах). Быстрое выполнение операции умножения с последующим суммированием очень важно для реализации быстрого преобразования Фурье, цифровых фильтров реального времени, умножения матриц, манипуляции с графическими изображениями и т. д.

Проведенное предварительное обсуждение требований, предъявляемых к цифровым сигнальным процессорам, важно для понимания различий между микроконтроллерами, микропроцессорами и цифровыми сигнальными процессорами. Хотя микроконтроллеры при использовании в промышленных устройствах управления процессами могут выполнять такие функции как умножение, сложение, деление, они лучше подходят для приложений, где возможности процессора по реализации ввода-вывода и управления важнее, чем скорость. Микроконтроллеры, например семейства 8051, обычно содержат ЦПУ, ПЗУ, ОЗУ, последовательный и параллельный интерфейсы, счетчики и схемы прерываний. Микроконвертеры MicroConverter™ компании Analog Devices содержат не только ядро, построенное по архитектуре 8051, но также высококачественные ЦАП, АЦП и блок энергонезависимой памяти, реализованной по технологии FLASH.

МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ, МИКРОПРОЦЕССОРЫ И ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ

• Микроконтроллеры:

♦ ЦПУ, ОЗУ, ПЗУ, последовательный/параллельный интерфейс, таймер, схемы прерываний

♦ Хорошо подходят как для тостеров, так и для управления промышленными процессами

♦ Скорость не является главным требованием

♦ Компактная система команд

♦ Примеры: 8051, 68НС11, PIC

• Микропроцессоры:

♦ На одном кристалле находится только ЦПУ — требуются дополнительные внешние устройства

♦ Процессоры с упрощенной системой команд (RISC)

♦ Процессоры со сложной системой команд (CISC)

♦ Примеры: серия Pentium, PowerPC, MIPS

• Цифровые Сигнальные Процессоры (DSP):

♦ ОЗУ, ПЗУ, последовательный/параллельный интерфейсы, схема обработки прерываний

♦ ЦПУ оптимизировано для многократно повторяющихся математических операций в реальном масштабе времени

♦ Примеры: ADSP-21 хх, ADSP-21К

Рис. 7.2

Микропроцессоры, такие как Pentium компании Intel, обычно представляют собой ЦПУ, выполненное на одном кристалле, которому требуются дополнительные микросхемы для выполнения всех вычислительных функций. Система команд микропроцессора может быть как усложненной (типа CISC), так и редуцированной (типа RISC). В усложненную систему команд (архитектура CISC) входят команды для выполнения основных операций процессора, а также отдельные сильно специализированные команды (например, для вычисления полиномов высоких степеней). Но за выполнение сложных команд на процессоре, построенном по архитектуре CISC, приходится платить: многие команды реализованы в нем в микрокоде и требуют для своего выполнения нескольких машинных циклов и места на кристалле для хранения кода микропрограммы.

Напротив, в редуцированном наборе команд (RISC-архитектура) учитывается тот факт, что в большинстве программ основные команды, такие как ЗАГРУЗКА и СОХРАНЕНИЕ В ПАМЯТИ с простыми режимами адресации, используются гораздо чаще, чем сложные команды, и должны исполняться более эффективно. Эти простые команды реализованы в ЦПУ аппаратно для выполнения за один машинный цикл, благодаря чему уменьшаются затрачиваемое время работы и сложность ЦПУ.

Хотя RISC-архитектура имеет значительные преимущества при реализации вычислительных систем общего назначения, она недостаточно хорошо приспособлена к нуждам цифровой обработки сигналов. Например, большинство RISC процессоров не поддерживает реализацию операции умножения за один машинный цикл, которая является очень распространенной и часто используемой операцией при цифровой обработке сигналов. DSP-процессор оптимизирован для реализации таких инструкций со скоростью, достаточной для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени, выполняя арифметические операции и накопление результата за один машинный цикл.

Требования, предъявляемые к цифровым процессорам обработки сигналов

Наиболее важная операция в цифровой обработке сигналов представлена на рис. 7.3: суммирование результатов умножения (операция, отмеченная точкой на диаграммах). Данная операция одинаково важна для цифровых фильтров, БПФ и для множества других алгоритмов цифровой обработки сигналов. Цифровой сигнальный процессор (DSP) оптимизирован для осуществления повторяющихся математических операций, таких как умножение с накоплением. Пять основных требований предъявляется к DSP, чтобы оптимизировать производительность процессора: быстрое выполнение арифметических операций, повышенная точность представления операндов, возможность одновременной выборки двух операндов, поддержка циклических буферов, организация циклов с автоматической проверкой условия завершения цикла.

НАИБОЛЕЕ ВАЖНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОПЕРАЦИЯ В DSP: СУММА ПРОИЗВЕДЕНИЙ

y(n) = h(0)∙x(n) + h(1)∙х(n-1) +… + h(N-1)∙x(n-N)

Пример: цифровая фильтрация

♦ Многократное умножение значений входных отсчетов на коэффициенты фильтра (или на поворотные множители при БПФ)

♦ Накопление результатов умножения в регистре-аккумуляторе

♦ Повторение этих действий N раз

Требования, предъявляемые к DSP:

♦ Быстрое выполнения умножения с накоплением

♦ Высокая точность представления результата (в аккумуляторе)

♦ Одновременная выборка двух операндов

♦ Наличие циклических буферов

♦ Реализация циклов с автоматической проверкой условий

При использовании ядра ADSP-21xx за один цикл возможно осуществить:

♦ Выборку значения отсчета из памяти данных

♦ Выборку значения коэффициента из памяти программ

♦ Выполнить умножение с накоплением

Рис. 7.3

Быстрое выполнение арифметических операций

Быстрое выполнение арифметических действий — наиболее простое для понимания требование. Так как возможность реализации цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени зависит от производительности процессора, быстрота выполнения операций умножения с накоплением является главным требованием; большая скорость выполнения данной операции означает возможность обработки большей полосы частот. Но необходимо помнить, что эффективность DSP определяется не только временем выполнения операции умножения с накоплением. Этот часто забываемый факт приводит к неадекватному подходу в оценке производительности процессора, когда скорость работы процессора оценивается количеством операций, выполняемых процессором за единицу времени (в MIPS — миллионах операций в секунду). Так как большинство DSP и других процессоров, имеющих сходную архитектуру, могут выполнять за один машинный цикл команду MAC (умножение с накоплением), для большинства процессоров при оценке производительности в MIPS подразумевается производительность процессора при выполнении команды умножения с накоплением (MAC). Эта величина не учитывает другие свойства процессора, которые на практике могут повлиять на его общую производительность. Если остальные четыре критерия производительности окажутся неудовлетворительными, то высокая производительность процессора при выполнении MAC мало что даст.

В дополнение к требованиям по быстрому выполнению арифметических действий, DSP должен эффективно выполнять другие математические функции общего назначения и должен иметь соответствующее арифметико-логическое устройство (АЛУ) и возможность программировать операции сдвига для манипуляции с битами.

Повышенная точность

Кроме очевидной необходимости быстрого выполнению операции умножения со сложением (MAC), от DSP требуется высокая точность представления результата в регистре-аккумуляторе. Например, когда перемножаются два 16-битных слова, результат представляется 32-битным словом. Ядро процессоров компании Analog Devices семейства ADSP-21xx с фиксированной точкой имеет встроенный 40-битный аккумулятор, который обеспечивает большой запас суммирования без переполнения. Хотя использование DSP с плавающей точкой автоматически устраняет большинство проблем, связанных с точностью и переполнением, процессоры с фиксированной точкой остаются очень популярными для многих приложений, и поэтому при их использовании нужно обращать достаточное внимание на возможное переполнение, потерю результатов (выход результата операции за пределы разрядной сетки) и масштабирование операндов.

Одновременная выборка двух операндов

Независимо от типа используемого микропроцессора, ограничения в его работе в основном связаны с пропускной способностью шины. В случае микропроцессоров общего назначения или микроконтроллеров, программа в основном состоит из команд, подразумевающих однократное обращение к памяти, обычно адресуемых при помощи сдвига относительно базового адреса. Это заставляет разработчиков микропроцессоров так проектировать систему команд, чтобы фиксированные данные встраивались в код, поскольку такой тип получения операндов является быстрым и эффективным с точки зрения использования памяти. С другой стороны, в DSP преобладают команды, требующие двух независимых обращений к памяти. Данное требование вытекает из самой сути операции свертки (перемножение с суммированием) Eh(i)-x(i). Целью быстрой одновременной выборки двух операндов является необходимость непрерывной загрузки накапливающего умножителя (MAC). При описании MAC мы видели, что быстродействие DSP в основном определяется скоростью MAC. Если мы считаем, что MAC выполняется за приемлемое время, то очевидно, что для каждой операции требуется с той же скоростью подавать на MAC два операнда. Увеличение времени выборки операндов из памяти соответствующим образом отразится на скорости работы MAC. В идеале обращение происходит одновременно с выполнением операции в MAC в одном и том же машинном цикле.

Одновременная выборка двух операндов в DSP осуществляется по двум независимым шинам: шине данных памяти программ и шине данных памяти данных. Кроме того, имеются отдельные шина адреса памяти программ и шина адреса памяти данных. Таким образом, MAC может получать входные данные по каждой шине данных одновременно. Такая архитектура обычно называется гарвардской.

Циклические буферы

Если мы более внимательно исследуем самую распространенную при цифровой обработке сигналов операцию, то преимущества использования циклических буферов в DSP станут очевидными. Возьмем для примера фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ). Во-первых, набор коэффициентов КИХ-фильтра по своей природе имеет периодический характер. Во-вторых, при каждом вычислении значения отсчета выходного сигнала КИХ-фильтр использует новый отсчет входного сигнала и отбрасывает самый старый отсчет.

При последовательных вычислениях произведений коэффициентов КИХ фильтра на отсчеты сигнала доступ к N коэффициентам фильтра осуществляется последовательно от h(0) до h(N-l). Набор отсчетов входного сигнала циркулирует в памяти следующим образом: новый отсчет входного сигнала сохраняется в памяти вместо старого отсчета всякий раз, когда вычисляется выходное значение фильтра. Для такого циркулирующего буфера может использоваться фиксированная область в ОЗУ. Самое раннее значение в памяти заменяется новым после каждого вычисления операции свертки. При этом информация об N последних отсчетах сохраняется в ОЗУ.

В виде буфера в ОЗУ DSP-процессора может быть реализована задержка, если новые значения записываются в память на место старых. Для упрощения адресации памяти старые значения считываются из памяти, начиная со значения, расположенного сразу после того, которое было только что записано. Например, в КИХ-фильтре с четырьмя коэффициентами новый отсчет х(4) записывается в ячейку памяти с адресом 0. Далее чтение данных осуществляется из ячеек с адресами 1,2,3 и 0 в указанном порядке. Этот способ применяется при любом числе звеньев фильтра. При такой адресации ячеек памяти генератор адреса должен выдавать лишь последовательные значения адресов, вне зависимости от того, какая операция с памятью — чтение или запись — осуществляется в настоящий момент. Буфер такого типа называется циклическим, потому что когда при записи достигается последняя ячейка, указатель памяти устанавливается на начало буфера.

Выборка коэффициентов из памяти осуществляется одновременно с выборкой данных. При рассмотренной схеме адресации самые старые отсчеты извлекаются из памяти первыми. Поэтому последний из коэффициентов должен выбираться из памяти первым. Коэффициенты могут заноситься в памяти в обратном порядке: h(N-1) — в первую ячейку, a h(0) — в последнюю, и генератор адреса в этом случае должен генерировать последовательно возрастающие адреса. И наоборот, коэффициенты могут быть записаны в памяти в нормальном порядке, но доступ к ним при этом должен осуществляться, начиная с конца буфера, а генератор адреса должен генерировать последовательно убывающие адреса.

Описанные выше механизмы позволяют реализовать задержку, требуемую при реализации КИХ-фильтра, без каких-либо дополнительных затрат процессорного времени. Использование циклических буферов является специфическим для цифровой обработки сигналов и для достижения максимальной эффективности циклические буферы должны поддерживаться аппаратно. Аппаратная реализация циклических буферов позволяет установить параметры буфера (такие как адрес начала буфера, длина и т. д.) в программе вне тела цикла, непосредственно вычисляющего алгоритм. Это позволяет избежать включения дополнительных команд в тело цикла. Отсутствие аппаратной реализации циклических буферов может существенным образом ухудшить возможности DSP-процессора по реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов.

Организация циклов с автоматической проверкой условий

Необходимость поддержки циклов с автоматической проверкой условий завершения вызвана циклическим характером алгоритмов ЦОС. Функция умножения с накоплением и выборка данных повторяются N раз при каждом вычислении типового алгоритма. В традиционных микропроцессорах организация цикла предполагает наличие в заголовке цикла команд для проверки условия окончания цикла. Архитектура DSP-процессоров компании Analog Devices обеспечивает аппаратную поддержку программных циклов без необходимости программной проверки условия продолжения или завершения в теле цикла. Для типичной DSP-архитектуры различие в производительности при аппаратной поддержке цикла с автоматической проверкой условия завершения и при программной проверке условия завершения цикла может превышать 20 % времени выполнения цикла.

Выводы

Любой процессор может выполнить любой алгоритм при наличии достаточного времени. Однако DSP процессоры оптимизированы под конкретные вычисления, связанные с обработкой реальных сигналов в реальном масштабе времени. Традиционные компьютеры больше подходят для вычислительных задач, не связанных с реальным временем. В следующем разделе мы исследуем архитектуру 16-разрядного цифрового сигнального процессора с фиксированной точкой семейства ADSP-21xx компании Analog Devices.

Ядро 16-разрядных DSP с фиксированной точкой СЕМЕЙСТВА ADSP-21XX

В традиционных микропроцессорах используется архитектура Фон Неймана (названную так в честь американского математика Джона Фон Неймана), показанная на рис. 7.4, А.

Эта архитектура состоит из единого блока памяти, в котором хранятся и команды, и данные, и общей шины для передачи данных и команд в ЦПУ и от него. При такой архитектуре перемножение двух чисел требует по меньшей мере трех циклов: двух циклов для передачи двух чисел в ЦПУ, и одного — для передачи команды. Данная архитектура приемлема в том случае, когда все действия могут выполняться последовательно. По сути говоря, в большинстве компьютеров общего назначения используется сегодня такая архитектура.

Однако для быстрой обработки сигналов больше подходит гарвардская архитектура, показанная на рис. 7.4, В. Данная архитектура получила свое название в связи с работами, проведенными в Гарвардском университете под руководством Ховарда Айкена. Данные и код программы хранятся в различных блоках памяти и доступ к ним осуществляется через разные шины, как показано на схеме. Т. к. шины работают независимо, выборка команд программы и данных может осуществляться одновременно, повышая таким образом скорость по сравнению со случаем использования одной шины в архитектуре Фон Неймана. При выполнении умножения с последующим суммированием в КИХ-фильтре за один цикл происходит выборка команды из памяти программ и коэффициента из памяти данных. Второй цикл требуется для выбора слова данных из памяти данных.

На рис. 7.4, С представлена модифицированная гарвардская архитектура, используемая компанией Analog Devices Inc., где и команды, и данные могут храниться в памяти программ. Например, в случае с цифровым фильтром коэффициенты могут храниться в памяти программы, а значения данных — в памяти данных. Поэтому коэффициент и значение данных могут выбираться в одном машинном цикле. Помимо выборки коэффициента из памяти программ и значения отсчета из памяти данных, естественно, должна быть выбрана команда из памяти программы. Цифровые сигнальные процессоры компании Analog Devices решают эту задачу двумя способами. В первом случае к памяти программ обращаются дважды за время цикла. Этот метод использует процессоры семейства ADSP-218x. Во втором случае используется кэш-память программ. В алгоритмах, требующих одновременной выборки двух операндов, программист один массив помещает в память программ, а другой — в память данных. Когда процессор в первый раз выполняет команду, требующую двойного обращения к памяти программ, используется один дополнительный машинный цикл, т. к. необходимо выбрать и команду, и коэффициент с помощью шины данных памяти программ. Однако когда возникает такая проблема, процессор помещает команду в кэш, и в следующий раз, когда требуется эта команда, секвенсер программ извлекает ее из кэш-памяти, в то время как коэффициент поступает по шине данных памяти программ. Кэш программ используется как в семействе процессоров ADSP-219x компании Analog Devices, так и в процессорах семейства SHARC.

Пример реализации цифрового фильтра

После того, как мы представили основные принципы архитектуры процессоров семейства ADSP-21xx, проиллюстрируем простоту ее программирования на примере обычного КИХ-фильтра. Псевдокод программы проектируемого КИХ-фильтра показан на рис. 7.5.

ПСЕВДОКОД ДЛЯ ПРОГРАММЫ КИХ-ФИЛЬТРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ DSP СЦИКЛИЧЕСКИМ БУФЕРОМ

1. Получить значение от АЦП (обычно по прерыванию)

2. Поместить значение в циклический буфер отсчетов входного сигнала

3. Обновить указатель циклического буфера входного сигнала

4. Обнулить аккумулятор

5. Выполнить фильтрацию (один проход цикла для каждого коэффициента)

6. Получить коэффициент из циклического буфера коэффициентов

7. Обновить указатель циклического буфера коэффициентов

8. Получить значение отсчета из циклического буфера отсчетов входного сигнала

9. Обновить указатель циклического буфера отсчетов входного сигнала

10. Умножить коэффициент на значение отсчета

11. Результат сложить с результатом предыдущих вычислений, хранящимся в аккумуляторе

12. Полученный в результате фильтрации отсчет отправить в ЦАП

Пример кода для ADSPxx:

CNTR = N-1;

DO convolution UNTIL CE; convolution:

MR = MR+MX0*MY0(SS), MX0=DM(10,M1), MY0=PM(14,M5)

Рис. 7.5

Цифровые сигнальные процессоры компании Analog Devices выполняют все операции, связанные с реализацией звена фильтра, за один цикл, что существенно повышает эффективность реализации фильтра. Для выполнения цикла не требуется дополнительных команд по проверке условия завершения цикла. Это называется циклом с автоматической проверкой условия завершения цикла (zero-overhead looping). Программа реализации КИХ-фильтра, написанная на языке ассемблера для семейства процессоров ADSP-21xx с фиксированной точкой показана на рис. 7.6.

Стрелками отмечены непосредственно исполняемые команды (7 строк), остальная часть текста — дополнительные комментарии, введенные для ясности. Первая команда (на которой стоит метка fir:) инициализирует вычисления, очищая регистр MR и загружая первый элемент данных и значение коэффициента из памяти данных и памяти программ соответственно в регистры МХ0 и MY0. Затем N-1 раз в N-1 циклах производится умножение с накоплением и автоматической проверкой условия завершения цикла для вычисления суммы первых N-1 произведений. Последняя команда умножения с накоплением производится с округлением с точностью до 24 старших разрядов регистра MR. Далее регистру MR1 может быть присвоено либо максимально возможное положительное, либо максимально возможное отрицательное значение в пределах разрядной сетки в зависимости от состояния флага переполнения, содержащегося в регистре MV. Таким образом, результат накапливается с точностью, соответствующей 40 разрядам регистра MR, при этом насыщение возникает, если только конечный результат вызывает переполнение младших 32 разрядов регистра MR.

Архитектура DSP семейства ADSP-21xx (рис. 7.7) оптимизирована для цифровой обработки сигнала и других высокоскоростных приложений. Данное семейство DSP включает ядро семейства ADSP-2100 (три вычислительных блока, адресные генераторы, устройство управления выполнением команд), два синхронных последовательных порта, программируемый таймер, развитую систему обработки прерываний, встроенную статическую память программ и данных. Существуют также версии с встроенным ПЗУ.

Гибкая архитектура процессоров семейства ADSP-21xx и соответствующий набор команд позволяют достичь высочайшей степени параллелизма при выполнении операций. За один цикл DSP семейства ADSP-21xx может сгенерировать адрес следующей команды программы, выбрать следующую команду, выполнить 1 или 2 перемещения данных, обновить 1 или 2 указателя адреса, выполнить вычислительную операцию, передать или принять данные от двух последовательных портов и обновить регистр таймера.

АРХИТЕКТУРА ЯДРА ПРОЦЕССОРА ADSP-21XX

Шины

♦ Адреса памяти программ (РМА)

♦ Адреса памяти данных (DMA)

♦ Данных памяти программ (РМА)

♦ Данных памяти данных (РМА)

♦ Результата (R)

Вычислительные блоки

♦ Арифметико-логическое устройство (ALU)

♦ Умножитель-накопитель (MAC)

♦ Сдвиговый регистр

Генераторы адресов данных (DAG)

Секвенсер программы (устройство управления последовательностью выполнения команд)

Встроенные средства периферии

♦ Память программ в виде ОЗУ (RAM) или ПЗУ (ROM)

♦ ОЗУ памяти данных

♦ Последовательные порты

♦ Таймер

♦ Порт хост-интерфейса

♦ Порт прямого доступа к памяти (DMA)

Рис. 7.8

Шины

Процессоры семейства ADSP-21xx имеют пять внутренних шин для повышения эффективности передачи данных. Шины адреса памяти программы (РМА) и адреса памяти данных (DMA) используются одновременно для адресации в пределах адресных пространств памяти программ и памяти данных. Шины данных памяти программ (PMD) и шина данных памяти данных (DMD) используются для передачи данных из соответствующих областей памяти. При выводе шин на корпус за пределы кристалла они объединяются в одну внешнюю шину адреса и в одну внешнюю шину данных; области памяти выбираются соответствующими сигналами управления. Шина результата (R) используется для пересылки промежуточных результатов напрямую между различными вычислительными блоками.

14-разрядная шина РМА позволяет получить прямой доступ к 16К слов памяти программ. Шина DMD является 16-разрядной. Она обеспечивает доступ к содержимому любого регистра процессора для передачи его в любой другой регистр или любую ячейку памяти данных за один цикл. Адрес памяти данных может поступать от двух источников: абсолютное значение, содержится в коде команды (прямая адресация) или на выходе адресного генератора (косвенная адресация). Для выборки данных из памяти программ используется только косвенная адресация.

Шина данных памяти программы (PMD) может также использоваться для передачи данных между вычислительными блоками напрямую или через блок обмена между шинами PMD-DMD. Блок обмена между шинами PMD-DMD позволяет передавать данные от одной шины к другой. Он содержит технические средства, которые позволяют, когда это необходимо, преодолевать разницу в 8 бит между двумя шинами.

В памяти программ могут храниться как команды, так и данные, позволяя DSP семейства ADSP-21xx одновременно осуществлять выборку двух операндов в одном цикле, один из памяти программы, а другой из памяти данных. Команды поступают либо прямо из памяти программ путем осуществления двойного доступа в одном машинном цикле (процессоры серии ADSP-218x), либо из кэш-памяти программ (в процессоре серии ADSP-219x и SHARC).

Вычислительные блоки (АЛУ, MAC, регистр сдвига)

Процессор содержит три независимых вычислительных блока: арифметико-логическое устройство (АЛУ), умножитель с накоплением (MAC) и устройство сдвига. Вычислительные блоки способны обрабатывать 16-разрядные данные и могут поддерживать вычисления с повышенной точностью. АЛУ обладает флагом переноса CI, который позволяет поддерживать 32-разрядные арифметические действия.

АЛУ обеспечивает стандартный набор арифметических и логических функций: сложение, вычитание, смену арифметического знака, инкремент, декремент, получение абсолютного значения, логическое И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и инверсию. Также поддерживаются примитивы деления.

ОСОБЕННОСТИ АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА (ALU)

• Сложение, вычитание, изменение знака, инкремент, декремент, получение абсолютного значения, логические операции И, ИЛИ, Исключающее ИЛИ, НЕ

• Операции для работы с битами, константами

• Средства для работы с математикой повышенной точности

• Примитивы деления

• Режим насыщения для работы при переполнении

• Вспомогательные регистры для сохранения контекста за один цикл

• Примеры команд:

♦ IF EQ AR = АХ0 + AY0;

♦ AF = MR1 XOR AY1;

♦ AR = TGLBIT 7 OF АХ1;

Рис. 7.9

MAC способен выполнить за один машинный цикл операцию умножения, умножения/сложения или умножения/вычитания. Он также содержит 40-разрядный аккумулятор, который обеспечивает дополнительные 8 разрядов для накопления результата без потери информации; данное решение допускает возникновение 256-ти переполнений, прежде чем произойдет потеря данных. Специальные команды обеспечивают поддержку блочной плавающей точки, при которой одна экспонента приписывается некоторому набору данных. Для ускорения обработки прерываний в MAC также может использоваться набор вспомогательных регистров. Если после окончания процедуры обработки сигнала установлен флаг MV, это означает, что регистр результата содержит слово, длина которого больше 32 разрядов. В этом случае значение, содержащееся в регистре, может быть заменено максимально или минимально возможной величиной, представимой в пределах 32-хразрядной сетки формате 1.32, в зависимости от природы переполнения.

ОСОБЕННОСТИ УМНОЖИТЕЛЯ-НАКОПИТЕЛЯ (MAC)

• Выполнение умножения, умножения со сложением или умножения с вычитанием за один цикл

• 40-битный аккумулятор для защиты от переполнения (В процессорах семейства 219х имеется второй 40-битный аккумулятор)

• Команда насыщения выполняет обработку ситуации переполнения за один цикл

• Вспомогательные регистры для быстрого переключения контекста

• Примеры команд MAC:

♦ MR = МХ0 * MY0(US);

♦ IF MV SAT MR;

♦ MR = MR — AR * MY1(SS);

♦ MR = MR + MX1 * MY0(RND);

♦ IF LT MR = МХ0 * MX0(UU);

Рис. 7.10

Устройство сдвига производит операции логического и арифметического сдвига, нормализации и денормализации, а также вычисления блочной экспоненты. Устройство может быть использовано для эффективного управления численными форматами, включая представление чисел в формате с плавающей точкой с повышенной точностью.

ОСОБЕННОСТИ РЕГИСТРА СДВИГА

• Нормализация (преобразование из формата с фиксированной точкой в формат с плавающей точкой)

• Денормализация (преобразование из формата с плавающей точкой в формат с фиксированной точкой)

• Арифметические и логические сдвиги

• Поддержка блочной плавающей точки

• Получение экспоненты

• Вспомогательные регистры для быстрого переключения контекста

• Примеры команд регистра сдвига

♦ SR = ASHIFT SI BY — 6(LO); {Арифметический сдвиг}

♦ SR = SR OR LSHIFT SI BY 3(HI); {Логический сдвиг}

♦ SR = NORM MRl(LO); {Нормализация}

Рис. 7.11

Вычислительные блоки располагаются параллельно, а не последовательно, так что результат работы любого блока может использоваться как исходное данное для другого блока в следующем машинном цикле. Для обеспечения такой возможности используется шина промежуточных результатов (R).

АДРЕСНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ ВЫПОЛНЕНИЯ КОМАНД (СЕКВЕНСЕР)

Два специализированных адресных генератора и мощный секвенсер делают использование вычислительных блоков еще более эффективным. Адресные генераторы (DAG) вычисляют адреса при перемещении данных из памяти в регистры и обратно. Каждый генератор DAG обладает четырьмя регистрами-указателями. Всякий раз, когда указатель используется для адресации данных (косвенная адресация), он модифицируется значением, содержащимся в специализированном регистре-модификаторе. Для реализации автоматической циклической буферизации каждому регистру-указателю приписывается регистр, хранящий длину циклического буфера. При использовании двух независимых адресных генераторов DAG процессор может генерировать одновременно два адреса для обеспечения одновременной выборки двух операндов.

DAG1 может осуществлять адресацию только в памяти данных. DAG2 может осуществлять адресацию и в памяти данных, и в памяти программ. Когда в конфигурационном регистре (MSTAT) установлен соответствующий управляющий бит, адресный генератор DAG1 осуществляет бит-реверсивную адресацию. Бит-реверсивная адресация существенно упрощает реализацию алгоритма БПФ по основанию 2.

Программный секвенсер осуществляет вычисление адреса инструкции, выборка которой должна осуществляться по мере исполнения программы. Ключевым компонентом устройства является регистр команд, который хранит информацию о выполняемой в текущее время команде. Регистр команд образует одноуровневый конвейер в потоке обрабатываемых команд. Команды выбираются и загружаются в регистр команд в одном цикле шины процессора и выполняются в следующем цикле, в то время как осуществляется выборка следующей команды. Чтобы уменьшить количество дополнительных циклов, устройство поддерживает выполнение переходов по условию, вызовов подпрограмм и возвращений к выполнению главной программы за один машинный цикл. Используя внутренний счетчик цикла и стек цикла процессор может выполнять программу цикла с автоматической проверкой условия завершения, без дополнительных затрат процессорного времени на организацию цикла. Таким образом, чтобы организовать цикл, команды явного перехода не требуются. Устройство также способно с минимальной задержкой реагировать на прерывания, поступающие от контроллера прерываний. Появление прерывания вызывает переход к определенной ячейке памяти, где хранится подпрограмма обработки прерывания. Короткая подпрограмма обработки прерывания может располагаться непосредственно в таблице векторов прерываний, где для этих целей зарезервировано четыре ячейки памяти. Для выполнения более сложной подпрограммы обработки прерывания приходится осуществлять переход с помощью команды JUMP в область памяти программ, где может быть размещена более длинная программа.

ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ ВЫПОЛНЕНИЯ КОМАНД (СЕКВЕНСЕРА)

• Генерация адреса следующей команды

• Обработка прерываний с минимальной задержкой

• Поддержка аппаратного стека

• Условный переход осуществляется за один машинный цикл

• Поддерживает автоматическую проверку условия завершения цикла

Пример программы для ADSP21xx:

CNTR = 10;

DO endloop UNTIL CE;

IO(DACCONTROL) = AX0;

MR = MR + MX0 * MY0(SS), MX(0) = DM(I0,M1), MY0 = PM(I4,M5);

endloop:

IF MV SET FL1;

IF EQ CALL mysubroutine;

Рис. 7.13

Встроенные периферийные устройства процессоров семейства ADSP-21XX

В предыдущих разделах мы обсуждали архитектуру ядра процессоров семейства ADSP-21хх с фиксированной точкой, которая является одинаковой для всех представителей семейства. Следующий раздел посвящен встроенным периферийным устройствам, которые имеют различную конфигурацию и разные возможности в зависимости от конкретного исполнения представителя семейства. Архитектура процессора семейства ADSP-218x показана на рис. 7.14.

ВСТРОЕННЫЕ СРЕДСТВА ПЕРИФЕРИИ ПРОЦЕССОРА ADSP-21xx: ИНТЕРФЕЙС ПАМЯТИ

• Все представители семейства используют модифицированную гарвардскую архитектуру

♦ Раздельные память программ и память данных

♦ Имеется доступ к данным, хранящимся в памяти программ

• Различные представители семейства имеют различную конфигурацию памяти

• Интерфейс внешней памяти поддерживает как быструю, так и медленную память с возможностью программирования времени ожидания

• Поддерживаются варианты начальной загрузки из 8-битной памяти через порт BDMA и через хост-интерфейс

• Поддерживает отображенную в память периферию

• Встроенные средства арбитража внешней шины (сигналы запроса и предоставления шины)

Рис. 7.15

Семейство 21хх имеет множество различных вариантов процессоров с разным объемом встроенной памяти; в более новом семействе 218х имеются представители, включающие до 48К слов памяти программ и 56К слов памяти данных. Все представители семейства используют модифицированную гарвардскую архитектуру, которая предполагает раздельные адресные пространства памяти программы и памяти данных и позволяет хранить данные в памяти программы. Интерфейс внешней памяти поддерживает как быструю, так и медленную память с программируемыми состояниями ожидания.

Процессоры семейства ADSP-218х также поддерживают отдельное адресное пространство портов ввода-вывода.

Все представители семейства 21хх (кроме сигнальных процессоров ADSP-2105) имеют два последовательных порта с двойной буферизацией (SPORT) для приема и передачи последовательных данных. Каждый SPORT является двунаправленным и имеет свой собственный программируемый генератор битовой и фреймовой синхронизации. Длина слова SPORT может изменяться от 3 до 16 разрядов. Данные могут передаваться с использованием фреймовой синхронизации или без нее. Каждый SPORT способен генерировать прерывания и поддерживает логарифмическое сжатие данных по законам А

ВСТРОЕННЫЕ СРЕДСТВА ПЕРИФЕРИИ ПРОЦЕССОРА ADSP-21xx: ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ПОРТЫ (SPORTs)

• Последовательные порты в ADSP-21xx используются для синхронной передачи данных

• Обеспечивают полнодуплексную связь

• Полностью программируемые

• Обладают возможностью автобуферирования и прямого доступа в память

• • Поддерживают многоканальный режим с временным уплотнением каналов (TDM)

• Имеют встроенную опцию логарифмического сжатия данных с использованием законов А и μ

• Данные могут передаваться со скоростью от 25Мбит/с и более

• Широкий диапазон подключаемых устройств и процессоров с последовательным интерфейсом без дополнительной обвязки

• ЦСП семейства 219х имеют также последовательные порты SPI и UART с возможностью начальной загрузки процессора через них.

Рис. 7.16

IDMA-порт процессоров семейства ADSP-218xx поддерживает возможность начальной загрузки процессора от хост-компьютера и возможность доступа со стороны хост-компьютера во внутреннюю память DSP для чтения и записи "на лету", когда DSP занимается выполнением своей программы. Порт IDMA позволяет главному процессору осуществлять доступ ко всей внутренней памяти DSP без использования почтовых регистров. Порт IDMA поддерживает передачу 16- и 24-разрядных слов, при этом передача 24-разрядных слов происходит за два машинных цикла.

ВСТРОЕННЫЕ СРЕДСТВА ПЕРИФЕРИИ ПРОЦЕССОРА ADSP-21xx: ПРЯМОЙ ДОСТУП К ВНУТРЕННЕЙ ПАМЯТИ ПРОЦЕССОРА (IDМА)

• Позволяет внешнему устройству обращаться к внутренней памяти DSP

• Внешнее устройство или процессор DSP может указывать внутренний начальный адрес для обмена данными

• Адрес автоматически инкрементируется для ускорения процесса передачи

• 16-разрядная шина поддерживает передачу данных и команд (семейство 219х поддерживает также 8-разрядную шину)

• Передача осуществляется за один цикл процессора ADSP-21xx

• Возможна начальная загрузка процессора через IDМА порт

Рис. 7.17

Процессоры семейства ADSP-218xx обладают также интерфейсом для взаимодействия с памятью, которая имеет байтовую организацию. Данный интерфейс может использоваться для начальной загрузки процессора и для передачи данных из внутренней памяти и во внутреннюю память "на лету". Максимальный размер адресуемой внешней восьмибитовой памяти составляет 4МВ. Данное адресное пространство играет роль загрузочной области (boot memory), характерной для представителей семейства 21хх. Байтовая память имеет организацию 256 страниц по 16Кх8 бит. Передача данных в байтовую память и из нее может осуществляться с упаковкой или распаковкой 24-разрядного, 16-разрядного и 8-разрядного (с выравниванием по младшему или старшему байту) форматов. При доступе к внутренней памяти DSP контроллер DMA занимает один машинный цикл, во время которого ядро не может осуществлять доступ в память.

ВСТРОЕННЫЕ СРЕДСТВА ПЕРИФЕРИИ ПРОЦЕССОРА ADSP-21xx: 8-БИТНЫЙ ПОРТ ПРЯМОГО ДОСТУПА К ПАМЯТИ (BDMA)

• Обеспечивает большой объем памяти для хранения данных и кода программы

• Может обеспечить до 4 МБайт для хранения кода и данных

• Поддерживает различные форматы данных

♦ Автоматическая упаковка/распаковка данных в 16 и 24-битных словах

♦ Передача 8-разрядных данных с выравниванием по старшему или младшему байтам

• Обмен в фоновом режиме со внутренней памятью процессора DSP

♦ Передача слова за один цикл

♦ DSP определяет начальные адреса источника/получателя и количество слов

• Поддерживает начальную загрузку процесора при включении

• Позволяет иметь несколько программных сегментов

♦ DSP может загружать или выгружать сегменты кода (оверлей)

♦ Процессор может работать во время передачи или останавливаться и перезапускаться

Рис. 7.18

Процессоры ADSP-21xx, ADSP-218x и ADSP-21msp5x имеют специальный режим работы с низкой потребляемой мощностью, который позволяет достигнуть потребления меньше 1 мВт. Переход в данный режим может осуществляться аппаратно или программно. Это особенно важно для устройств, работающих от автономных источников питания. В некоторых режимах работы с низкой потребляемой мощностью отключается внутренний тактовый сигнал, но содержимое памяти и регистров при этом сохраняется.

ВСТРОЕННЫЕ СРЕДСТВА ПЕРИФЕРИИ ПРОЦЕССОРА ADSP-21xx: РЕЖИМ ПОНИЖЕННОГО ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

• Немаскируемое прерывание

♦ Включается аппаратно (с помощью вывода PWD) или программно

• Переводит процессор в спящий режим

• Небольшое количество циклов тактового сигнала, требуемое для возвращения процессора в нормальный режим

• Имеется сигнал подтверждения входа в режим с малой потребляемой мощностью (PWDACK)

• Идеален для устройств, работающих от автономных источников питания

• Семейство 219х выполнено по полностью статической КМОП технологии

Рис. 7.19

Из предыдущего обсуждения должно быть ясно, что цифровые сигнальные процессоры ADI разработаны таким образом, что выполнение типичных функций ЦОС, таких как БПФ или цифровая фильтрация, происходит с максимальной эффективностью. Процессоры могут выполнять несколько операций за один цикл, как уже было показано для приведенного выше примера с фильтром. Эффективность DSP обычно оценивается в MIPS (миллионах команд в секунду). Однако, количество MIPS не является исчерпывающей характеристикой процессора. Например, если процессор А имеет скорость выполнения команд 50 MIPS и может производить одну операцию за одну команду, то он сможет выполнять 50 миллионов операций в секунду, развивая производительность 50 MOPS. Теперь представим, что процессор В имеет скорость выполнения команд 20 MIPS, но может выполнять 4 операции за одну команду.

Процессор В сможет выполнить 80 миллионов операций в секунду и развить производительность 80 MOPS, что гораздо более эффективно, чем в случае с процессором А. Еще более эффективный способ оценивания работы ЦСП состоит в использовании хорошо зарекомендовавшего себя эталонного тестера, такого как КИХ-фильтр с определенным числом звеньев или БПФ известного размера. Сравнение с эталонами, которые рассматриваются в следующей главе, позволит избежать ошибок, связанных с характеристиками, выраженными в MIPS и MOPS. Но даже применение эталона не позволяет дать правильную оценку при сравнении производительности двух процессоров. Нужно производить глубокий анализ системных требований, архитектуры процессора, требований к наличию памяти и других факторов.

Процессоры семейства ADSP-219x поддерживает программную совместимость с семейством ADSP-218x. Для улучшения производительности и повышения эффективности С-компилятора это семейство должно включать DSP со скоростями в диапазоне от 100 до 300 MIPS и потребляемым током менее 0,4 мА/MIPS. Процессоры данного семейства поддерживают интерфейс JTAG, что приводит к улучшению отладочных свойств семейства. Блок-схема DSP данного семейства показана на рис. 7.20.

По сравнению с процессорами семейства ADSP-218x, имеющими 14-разрядную шину адреса, в семействе ADSP-219x используется 24-разрядная шина адреса, что позволяет осуществлять прямую адресацию в пределах 64К слов или страничную адресацию в пределах 16М слов. Адресный генератор процессоров семейства 219х поддерживает все известные режимы адресации, а также пять новых режимов адресации.

Для повышения эффективности С-компилятора в архитектуру сигнальных процессоров семейства ADSP-219x введен целый ряд существенных улучшений. Используемый универсальный регистровый файл уменьшает риск потери данных при переключении контекста и уменьшает необходимость полагаться на аппаратный стек. Реализованный компилятор поддерживает форматы данных, свойственные DSP (дробный формат и комплексные числа) Кроме того, на кристалле реализована кэш-память программ.

Процессорное ядро семейства ADSP-219x является ключевой технологией компании Analog Devices в области 16-разрядных DSP-процессоров общего назначения и в области встроенных решений. Специальные схемотехнические решения и программное обеспечение разрабатываются непосредственно для заказчика под конкретно заданные требования и характеристики. Для приложений, требующих высокой производительности, будут создаваться процессоры, содержащие несколько ядер на одном кристалле. В будущем предполагается создание семейства, включающего 4 ядра на одном кристалле и обладающего производительностью 1,2 миллиарда MAC в секунду на 1 квадратный дюйм площади кристалла. Проектировщикам, создающим системы, критичные к потребляемой мощности, понравятся рабочие токи процессоров данного семейства, составляющие порядка 0,15 mA/MIPS.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОРОВ СЕМЕЙСТВА ADSP-219x

• Совместимость по кодам

♦ Совместимость по кодам с процессорами семейства ADSP-218x

♦ Выполнение команд за один цикл, организация автоматической проверки условия завершения цикла, переключение контекста за один цикл

• Производительность

♦ Архитектура позволяет достичь производительности выше 300 MIPS

♦ Полностью прозрачная кэш-память команд

• Возможность создания эффективного компилятора и отладочных средств

♦ Прямая адресация в пределах 64Кслов и страничная адресация в пределах 16М слов

♦ Адресные генераторы поддерживают 5 новых режимов адресации

♦ Доступ к регистровому файлу как к операнду

♦ Поддержка интерфейса JTAG

Рис. 7.21

История развития семейства 16-разрядных DSP с фиксированной точкой компании Analog Devices показана на рис. 7.22. Обратите внимание на улучшение производительности, геометрических размеров и характеристик по потребляемой мощности при постоянном обеспечении кодовой совместимости различных устройств. Появляющиеся новые семейства имеют напряжения питания 3,3 В (L-серия) и 2,5 В (М-серия), что способствует дальнейшему повышению эффективности использования данных процессоров. Ранние представители семейства помещались в дорогие корпуса типа PGA или PLCC, которые теперь заменяются PQFP и (в последнее время) TQFP толщиной 1,6 мм. Обратите внимание, что в 1998 году поменялась спецификация JEDEC для толщины TQFP, доведя ее до значения 1,0 мм. Корпуса, ранее обозначавшиеся TQFP (1,6 мм толщиной), теперь называются LQFP в соответствии с квалификацией JEDEC.

Корпус мини-BGA со 144 выводами (см. рис. 7.23) представляет собой новый тип корпуса, обеспечивающий производительность 75 MIPS при более 2М бит внутренней памяти в 1 см² корпуса, толщина которого составляет 1,35 мм, в сочетании с низкой потребляемой мощностью (0,4 мА на MIPS). Например, процессор ADSP-2188M, обладающий производительностью 75 MIPS, имеет 48К 24-разрядной памяти программ и 56К 16-разрядной памяти данных, что составляет в общей сложности 2028К бит. Потребляемая мощность данного процессора составляет менее 100 мВт.

Сравнение арифметики с плавающей и фиксированной точкой

Арифметика, применяемая при цифровой обработке сигналов, может быть разделена на две категории: с фиксированной точкой и с плавающей точкой. Данная классификация относится к формату, используемому для хранения чисел и манипуляций с этими числами под управлением процессора. Рассмотренные DSP компании Analog Devices с фиксированной точкой представляют каждое число 16-ю разрядами. Существует четыре различных способа представления 16-разрядного числа, принимающего в общей сложности 2¹⁶ = 65536 возможных значений. При использовании беззнакового целого формата число может принимать значение от 0 до 65536. При использовании знакового целого формата используется дополнительный код для представления отрицательных чисел, поэтому диапазон возможных значений лежит в пределах от -32768 до +32767. При использовании беззнакового дробного формата 65536 уровней распределяются между 0 и +1. И, наконец, знаковый дробный формат позволяет использовать отрицательные числа, при этом 65536 возможных значений равномерно распределены между -1 и +1.

Арифметика DSP семейства ADSP-21xx оптимизирована под знаковый дробный формат, обозначаемый как 1.15 ("один точка пятнадцать"). В этом формате присутствует один разряд для знака (MSB) и 15 дробных разрядов, представляющих значения от -1 до значения, меньшего +1 на величину, соответствующую одному младшему биту, как показано на рис. 7.27.

Этот подход может быть обобщенно обозначен, как "I.Q", где I-число битов слева от точки, отделяющей дробную часть, a Q число битов справа от точки. Например, беззнаковое целое число представляется как формат 16.0. Однако, для большинства приложений цифровой обработки сигналов предполагается использование дробных форматов числа. Дробные числа имеют превосходство, которое заключается в том, что результат умножения двух дробных чисел меньше каждого из сомножителей.

Для сравнения, DSP с плавающей точкой обычно используют минимум 32 разряда для представления каждого числа. Это приводит к возможности представления гораздо большего количество различных значений, чем в 16-разрядном DSP с фиксированной точкой, а точнее — 2³² = 4294967296. Что особенно важно, плавающая точка сильно увеличивает диапазон значений, который может быть представлен. Наиболее распространенный стандарт с плавающей точкой — стандарт ANSI/IEEE 754-1985, где самое большое и самое маленькое возможные числа равны ±3,4х10³⁸ и ±1,2х10^-38 соответственно. Важно, что этот стандарт резервирует структуры битов, которые позволяют представить другие специальные коды чисел, такие как, например, ±0 и ±оо.

Стандарт IEEE-754 представления чисел с плавающей точкой охарактеризован более детально на рис. 7.28. 32-разрядное слово разделяется на знаковый разряд, S, 8-разрядную экспоненту Е, и 23-разрядную мантиссу М. Отношение между десятичным и двоичным представлениями чисел с плавающей точкой, представленных в формате IEEE-754, задается с помощью выражения:

NUMBER₁₀ = (-1)^S х 1.M х 2^(E-127)

Обратите внимание, что "1." предшествует "М" и что смещение 127 вычитается из экспоненты "Е" так, что "Е" — всегда положительное число.

В случае использования арифметики с плавающей точкой с повышенной точностью используется один разряд для знака, 31 — разрядная мантисса, 11 — разрядная экспонента, и полная длина слова, таким образом, составляет 43 разряда.

При работе с арифметикой повышенной точности динамический диапазон мантиссы увеличивается на 8 разрядов, скорость обработки данных при этом остается практически прежней, так как регистры-аккумуляторы уже имеют число разрядов больше 32. С другой стороны, 64-разрядная двойная точность (52-разрядная мантисса, 11-разрядная экспонента и разряд под знак) требует дополнительного цикла процессора при обработке. Необходимость использовать удвоенную точность при цифровой обработке сигналов встречается редко.

Многие приложения ЦОС используют преимущества более широкого динамического диапазона, обеспечиваемого 32-разрядной арифметикой с плавающей точкой. К тому же, гораздо проще программировать процессор с плавающей точкой, так как проблемы, связанные с фиксированной точкой, такие как переполнение, потеря разрядов, масштабирование данных и ошибки округления, минимизируются, и даже полностью исчезают при использовании арифметики с плавающей точкой. Важно отметить также, что DSP с плавающей точкой могут стоить значительно выше, чем DSP с фиксированной точкой, а время на разработку эквивалентного программного обеспечения может быть значительно меньше при использовании процессора с плавающей точкой.

Хотя все DSP с плавающей точкой могут работать с фиксированной точкой (при необходимости на них можно реализовать счетчики, циклы и обработку сигналов АЦП/ЦАП), это не обязательно означает, что математические действия с фиксированной точкой выполняются в них так же быстро, как операции с плавающей точкой, что зависит от внутренней архитектуры DSP. Например, DSP семейства SHARC Analog Devices оптимизированы как для операций с плавающей точкой, так и для операций с фиксированной точкой, которые производятся с одинаковой эффективностью. По этой причине процессоры SHARC чаще называют "32-разрядными DSP", чем "процессорами с плавающей точкой".

СРАВНЕНИЕ АРИФМЕТИКИ С ФИКСИРОВАННОЙ ТОЧКОЙ И С ПЛАВАЮЩЕЙ ТОЧКОЙ

• 16-раз рядная с фиксированной точкой:

♦ 2¹⁶ = 65536 возможных значений

• 32-разрядная с плавающей точкой:

♦ Наибольшее значение: ±6.8 х 10³⁸, в стандарте IEEE-754: ±3.4 х 10³⁸

♦ Наименьшее значение: ±5.9 х 10^-39, в стандарте IEEE-754: ±1.2 х 10^-38

• Расширенная точность (40-бит: знак + 8-битная экспонента + 31-битная мантисса)

• Двойная точность: (64-бит.: знак + 11-бит. эксп.+ 52-бит. мантисса)

• 32-разрядная с плавающей точкой:

♦ Более высокая точность

♦ Больший динамический диапазон

♦ Проще в программировании

Рис. 7.29

Цифровые сигнальный процессоры с плавающей точкой SHARC® компании Analog Devices

SHARC семейства ADSP-2106, построенный по модифицированной гарвардской архитектуре, представляет собой 32-разрядный высокопроизводительный цифровой сигнальный процессор. Процессор SHARC имеет в своей основе ядро процессорного семейства ADSP-21000, блок двухпортовой статической памяти и встроенные средства ввода-вывода, представляя, таким образом, полноценную микропроцессорную систему. Благодаря использованию встроенной кэш-памяти команд, процессор может выполнять каждую инструкцию за один машинный цикл. Модифицированная гарвардская архитектура процессоров семейства ADSP-2106x, показанная на рис. 7.30, включает в себя четыре независимых шины, предназначенных для передачи двойного набора данных, команд и осуществления ввода-вывода, а также набор коммутаторов адресов и данных между шинами адреса и данных программ и данных (crossbar switch memory connections).

Для передачи данных между вычислительными блоками и шинами данных и для запоминания промежуточных результатов используется регистровый файл общего назначения. Регистровый файл имеет два набора регистров (первичный и альтернативный) каждый из которых включает 16 регистров для быстрого переключения контекста, например, при обработке прерываний. Все регистры являются 40-разрядными. Наличие регистрового файла общего назначения и гарвардская архитектура ядра процессора позволяют осуществлять без ограничений перемещение данных между вычислительными блоками процессора и внутренней памятью.

Процессор SHARC семейства ADSP-2106x отвечает пяти главным требованиям к DSP семейства 16-разрядных сигнальных процессоров ADSP-21xx с фиксированной точкой. Это (1) быстрота и гибкость выполнения арифметических операций, (2) эффективная передача данных к вычислительным блокам и от вычислительных блоков, (3) обеспечение повышенной точности и расширенного динамического диапазона в вычислительных блоках, (4) наличие двух генераторов адреса, (5) эффективное управление выполнением команд с автоматической проверкой условия завершения цикла.

Устройство управления выполнением команд включает в себя КЭШ-память инструкций глубиной в 32 слова, которая позволяет производить выборку двух операндов и кода команды в одном машинном цикле. Занесение инструкций в КЭШ-память носит избирательный характер: в память заносятся только те команды, которые требуют двух операндов при выполнении выборки из памяти. Такая организация устройства управления выполнением команд позволяет производить умножение с накоплением и выполнение базовой операции "бабочка" при БПФ с весьма высокой скоростью.

КЛЮЧЕВЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОРА SHARC

• 100МГц ядро / пиковая производительность 300 MFLOPS

• Параллельная работа: умножителя, АЛУ, двух генераторов адреса (DAG) и секвенсера

♦ Отсутствует арифметический конвейер; все вычисления — за один цикл

• Высокая точность и расширенный динамический диапазон

♦ 32/40-разрядный формат IEEE с плавающей точкой

♦ 32-разрядное умножение с фиксированной точкой с 64-разрядным результатом и накоплением в 80-разрядном аккумуляторе

• Обмен с двухпортовой памятью осуществляется за один цикл

♦ Осуществляется с помощью кэш-памяти и улучшенной Гарвардской архитектуры

• Возможность организации многопроцессорной системы без дополнительных микросхем

• Наличие порта JTAG для тестирования и эмуляции

• Контроллер DMA, последовательные порты, порты связи, внешняя шина, контроллер динамической памяти, таймеры

Рис. 7.31

SHARC® — ЛИДЕР СРЕДИ DSP С ПЛАВАЮЩЕЙ ТОЧКОЙ

• SHARC фактически является стандартом для многопроцессорных систем

• ADSP-21160 — это укрепление лидирующей позиции процессоров SHARC в области многопроцессорных систем ЦОС

• ADSP-21065L — это правильный выбор среди недорогих DSP-процессоров с плавающей точкой

СУПЕР ГАРВАРДСКАЯ АРХИТЕКТУРА:

Сбалансированные память, средства ввода-вывода и вычислительная мощь.

• Высокопроизводительный вычислительный блок

• Наличие четырех шин для:

♦ Выборки следующей команды

♦ Доступа к двум значениям данных

♦ Осуществления DMA для ввода/вывода

• Эффективная организация памяти

• DMA не замедляет работу

Рис. 7.32

Процессоры семейства ADSP-2106x выполняют все команды за один цикл синхронизации. Процессоры поддерживают 32-разрядный формат IEEE с плавающей точкой, 32-разрядный целочисленный и дробный форматы с фиксированной точкой (дополнительный код и беззнаковый формат) и 40-разрядный формат IEEE с плавающей точкой с повышенной точностью. Процессоры поддерживают повышенную точность во всех своих вычислительных блоках, минимизируя ошибки промежуточного округления. При работе с данными внутри кристалла 32-разрядная мантисса расширенной точности может пересылаться между всеми вычислительными блоками. 40-разрядная шина данных может выводиться и за пределы кристалла, если существует такая необходимость. При работе с числами, представленными в формате с фиксированной точкой, используется 80-разрядный аккумулятор, который позволяет без ограничений производить вычисления с 32-разрядными числами с фиксированной точкой.

Процессоры семейства ADSP-2106x построены по супергарвардской архитектуре, предполагающей наличие 10-портового регистрового файла данных. В каждом цикле синхронизации регистровый файл может поддерживать следующие операции: (1) два операнда могутзаписываться и считываться из регистрового файла, (2) два операнда могут подаваться на АЛУ, (3) два операнда могут подаваться на умножитель и (4) два результата могут быть получены от АЛУ и умножителя.

Система команд процессоров семейства ADSP-2106x обеспечивает большие возможности для программирования. Многофункциональные команды позволяют производить вычисления параллельно с пересылкой данных, а также умножение одновременно с арифметическими операциями в АЛУ.

Представитель семейства ADSP-2106X — процессор ADSP-21060 — содержит 4 Мбита SRAM, организованных в виде двух блоков по 2 Мбита каждый, которые могут быть сконфигурированы для хранения различных комбинаций программных модулей и модулей данных. Такие представители семейства, как ADSP-21062, ADSP-21061 и ADSP-21065, содержат по 2 Мбита, 1Мбиту и 544 Кбит SRAM соответственно. Каждый блок памяти имеет по два порта, предназначенных для независимого одновременного доступа к памяти со стороны процессорного ядра и со стороны процессора ввода-вывода или контроллера DMA. Двухпортовая память и набор независимых шин на кристалле позволяют за один цикл синхронизации осуществлять передачу в память или из памяти данных от процессорного ядра и от контроллера ввода-вывода или контроллера DMA.

Поскольку в каждом блоке памяти может храниться комбинация кодов и данных, работа с памятью становится более эффективной, если для обращения к одному блоку применяется шина программ, а для обращения к другому блоку используется шина данных. Наличие двух шин — программ и данных, — каждая из которых используется для доступа к одному из блоков памяти, позволяет производить вычисления с передачей двух операндов в одном цикле синхронизации. В этом случае код команды должен присутствовать в Кэшпамяти инструкций. Вычисления производятся за один цикл даже тогда, когда один из операндов находится во внешней памяти и передается на кристалл процессора или с кристалла процессора через внешний порт.

Внешний порт процессоров семейства ADSP-2106x обеспечивает интерфейс между процессором, внешней памятью и периферийными устройствами. Адресное пространство внешней памяти размером 4 Г слов включено в унифицированное адресное пространство процессоров семейства ADSP-2106x. Отдельные шины внутри кристалла, служащие для адресации памяти программ, передачи данных из памяти программ, адресации памяти данных, передачи данных из памяти данных, адресации шины ввода/вывода и передачи данных шины ввода/вывода мультиплексируются во внешнем порту образуя внешнюю унифицированную системную шину, с единой 32-разрядной шиной адреса и единой 48-разрядной шиной данных. Процессоры семейства ADSP-2106x обеспечивают возможность введения тактов ожидания и анализа готовности памяти для организации интерфейса с динамической памятью и с периферийными устройствами при различных требованиях к времени доступа и другим параметрам цикла шины.

Хост-интерфейс процессоров семейства ADSP-2106x позволяет легко устанавливать связь со стандартными микропроцессорными средствами как с 16-разрядными, так и с 32-разрядными шинами с незначительной доработкой аппаратуры. Хост-интерфейс имеет в своем распоряжении 4 канала DMA; передача команд и данных производится при минимальным вмешательстве программного обеспечения. Хост-процессор может напрямую осуществлять доступ во внутреннюю память процессоров семейства ADSP-2106х, а также модифицировать конфигурационные регистры канала DMA и почтовые регистры. Для эффективного выполнения команд, поступающих от хост-процессора, для хост-интерфейса зарезервирован вектор прерывания.

Процессоры семейства ADSP-2106x обладают весьма эффективными средствами для организации многопроцессорных систем цифровой обработки сигналов.

Унифицированное адресное пространство позволяет осуществлять прямой доступ каждому процессору, являющемуся элементом многопроцессорной системы, а также к внутренней памяти других процессоров системы. Для организации многопроцессорной системы, имеющей в своем составе до шести процессоров семейства ADSP-2106x и хост-процессор, на кристалле имеются встроенные средства арбитража шины. Передача управления шиной от одного процессора другому требует только одного дополнительного цикла шины. Приоритет при управлении доступом к общей шине может быть фиксированным либо циклическим. Максимальная скорость передачи данных между процессорами через порты связи (линк-порты) или внешний порт может составлять 240 Мбит/секунду (при тактовой частоте 40 МГц).

Процессор ввода/вывода (IOР) DSP семейства ADSP-2106x имеет два последовательных порта, шесть 4-разрядных портов связи (линк-портов) и контроллер DMA. Процессоры семейства ADSP-2106x обладают двумя последовательными синхронными портами, которые реализуют экономичный интерфейс с широким спектром периферийных цифровых устройств, а также периферийных устройств, осуществляющих смешанную обработку сигналов. Последовательные порты могут работать на скорости, соответствующей полной частоте внешнего тактового генератора, обеспечивая максимальную скорость передачи данных равную 50 Мбит/секунду. Независимые функции передачи и приема данных обеспечивают большую гибкость при организации обмена через последовательный порт. Данные через последовательный порт могут автоматически передаваться из памяти процессора и в память процессора с использованием механизма DMA. Каждый последовательный порт поддерживает многоканальный режим с разделением каналов во времени, а также возможность компрессии данных по μ- или A-законам. Сигналы битовой и фреймовой синхронизации последовательного порта могут генерироваться самим процессором, но возможно и использование внешних сигналов синхронизации.

Процессоры семейства ADSP-21060 и ADSP-21062 имеют в своем составе шесть 4-разрядных портов связи (линк-портов), которые обеспечивают дополнительные возможности по вводу/выводу данных. Порты связи могут работать с двойной относительно тактовой частотой, позволяя передавать 8 бит за один цикл синхронизации процессора. Взаимодействие через порты связи особенно полезно в многопроцессорных системах, реализующих связь между процессорами по принципу точка-точка. Порты связи могут работать независимо и совместно, обеспечивая максимальную скорость передачи данных 240 Мбит/с. Данные, переданные через порт связи, представляются в виде 32-разрядных или 48-разрядных слов и могут быть считаны напрямую ядром процессора или переданы во внутреннюю память с использованием механизма DMA. Каждый порт связи имеет свои собственные буферизованные входной и выходной регистры. Управление передачей данных между портами связи осуществляется с использованием сигналов тактовой синхронизации и подтверждения. Порты связи должны быть запрограммированы либо на прием, либо на передачу данных. Порты связи отсутствуют на процессорах ADSP-21061 и ADSP-21065.

Внутренний контроллер DMA сигнального процессора семейства ADSP-2106x пересылает данные без вмешательства ядра процессора. Контроллер DMA работает независимо и незаметно для ядра процессора, позволяя проводить операции DMA тогда, когда ядро процессора выполняет свою программу. Как команды, так и данные могут быть загружены в процессор семейства ADSP-2106x с использованием передающих средств DMA. Данные в DMA передаются между внутренней и внешней памятью процессора семейства ADSP-2106x, внешними периферийными устройствами или внутренним процессором. Пересылка в DMA может также выполняться между внутренней памятью процессора семейства ADSP-2106x и его последовательными портами или портами связи. Другой возможностью, предоставляемой механизмом DMA, является передача данных между внешней памятью и внешними периферийными устройствами системы.

Внутренняя память процессора семейства ADSP-2106x может быть загружена из 8-разрядного внешнего EPROM или из хост-процессора. К тому же, такие представители семейства, как ADSP-21060 и ADSP-21062, могут загружаться через один из портов связи. Для загрузки могут быть использованы как 32-разрядный, так и 16-разрядный хост-процессоры.

Для тестирования системы процессоры семейства ADSP-2106x используют стандарт IEEE Р1149 JTAG. Этот стандарт определяет метод поочередного сканирования состояний входа/выхода каждого компонента системы. Внутрисхемный эмулятор также использует последовательный порт JTAG для доступа к встроенной системе поддержки внутрисхемного эмулятора. Эмуляторы EZ-ICE используют порт JTAG для текущего контроля и управления процессором, установленным на печатной плате, в процессе отладки. Внутрисхемный эмулятор EZ-ICE тестирует процессор на полной скорости, поддерживая возможности модификации и чтения внутренней памяти, регистров и стеков процессора. Применение интерфейса процессора JTAG обеспечивает непрерывную внутрисхемную отладку работы системы, поскольку внутрисхемный эмулятор не влияет на загрузку и синхронизацию системы.

Архитектура процессоров SHARC не допускает появления "бутылочного горлышка" при работе процессора, возникающих вследствие несоответствия между производительностью ядра, пропускной способностью процессора ввода-вывода, объемом встроенной памяти и набором встроенных периферийных устройств, как показано на рис. 7.30. Ядро поддерживает работу с 32-разрядными данными с плавающей и фиксированной точкой. Память вносит свой вклад в сбалансированность архитектуры своим большим размером и наличием двух портов. Ядро может осуществлять доступ через один порт, другой порт может использоваться для передачи данных процессором ввода-вывода. Процессор ввода-вывода передает данные между периферийными устройствами и внутренней памятью, используя DMA, без вмешательства процессорного ядра. Такая передача происходит одновременно с операциями, выполняемыми ядром процессора.

Архитектура ядра процессора семейства ADSP-2116X, построенного по принципу "одна инструкции — двойной набор данных"

Процессор ADSP-21160 — первый представитель второго поколения 32-разрядных DSP компании Analog Devices. Архитектура его ядра показана на рис. 7.33.

Обратите внимание, что данная архитектура очень похожа на архитектуру ядра процессоров семейства ADSP-2106x, за исключением ширины шин и второго вычислительного блока с собственным умножителем, АЛУ, устройством сдвига и регистровым файлом. Такая архитектура носит название SIMD (одна инструкция — двойной набор данных) в противоположность архитектуре SISD (одна инструкция — один набор данных). Наличие второго вычислительного блока позволяет DSP обрабатывать два потока данных параллельно. Ядро может работать со скоростью до 100 MIPS. Работая на тактовой частоте 100 МГц, ядро свободно выполняет 400 MFLOPS (400 миллионов операций с плавающей точкой в секунду), а максимальное число операций может доходить до 600 MFLOPS. Архитектура SIMD является естественным шагом на пути повышения производительности DSP компании Analog Devices. Поскольку базовая архитектура DSP компании Analog Devices позволяет работать с двойным набором операндов, добавление второго вычислительного блока способствует обработке этого набора. Переход к архитектуре, построенной по принципу SIMD, позволяет получать новые, более производительные процессоры, сохраняя при этом программную совместимость с процессорами предыдущих поколений.

Архитектура SIMD процессора семейства ADSP-2116х включает в себя два вычислительных блока (РЕх, РЕу) и шины данных с удвоенным размером слова (DMD и PMD). Первый вычислительный блок РЕх всегда находится во включенном состоянии. Второй вычислительный блок РЕу может быть включен путем установки соответствующего бита в регистре управления. Шины данных удвоенной ширины обеспечивают каждый вычислительный блок собственным набором данных в каждом машинном цикле. При включенном режиме SIMD каждый вычислительный блок выполняет одну и ту же команду в каждом цикле (что соответствует первой части названия архитектуры "одна инструкция"), но при этом каждый вычислительный блок оперирует своим набором данных (что соответствует второй части названия архитектуры "двойной набор данных"). Использование архитектуры SIMD позволяет повысить эффективность вычислений при выполнении алгоритмов, которые могут быть оптимизированы путем разделения обрабатываемых данных на два параллельных потока. Для многих алгоритмов использование второго вычислительного блока уменьшает время, необходимое для выполнения программы, в два раза по сравнению с реализацией, использующей подход SISD.

КЛЮЧЕВЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОРА SHARC ADSP-21160

• SIMD-архитектура (одна инструкция — много данных)

• Программная совместимость с процессорами семейства ADSP-2106x

• Ядро на 100 МГц / пиковая производительность 600 MFLOPS

• Тот же набор периферийных устройств, что и у процессоров семейства ADSP-2106X

• 4 Мбита статической двухпортовой памяти

• Организация многопроцессорных систем без дополнительных микросхем

• Корпус типа PBGA с 400 выводами размером 27*27 мм

Рис. 7.34

Процессор ADSP-21160 имеет полный набор периферийных устройств: процессор ввода-вывода, 4 Мбита статической двухпортовой памяти, встроенные возможности для построения многопроцессорных систем и набор портов (последовательные порты, порты связи, внешний порт, хост-интерфейсный порт, JTAG-интерфейс). Потребляемая процессором мощность составляет 2 Вт на частоте 100 МГц при использовании корпуса типа BGA с 400 выводами размером 27x27 мм. Пути развития процессоров семейства SHARC показаны на рис. 7.35.

На рис. 7.36 показаны некоторые типичные команды, используемые при программировании процессоров семействе SHARC. Обратите внимание на алгебраический синтаксис языка Ассемблера, который упрощает кодирование алгоритмов и последующее чтение программы. В одном цикле процессор SHARC производит умножение, сложение, вычитание, запись в память, чтение из памяти и вычисление новых значений указателей адреса. В том же цикле процессор ввода-вывода может пересылать данные через последовательные порты, порты связи, осуществлять доступ во внутреннюю память или DMA, обновлять указатель, использующийся для DMA.

Построение многопроцессорных систем на основе ПРОЦЕССОРОВ СЕМЕЙСТВА SHARC

Цифровые сигнальные процессоры SHARC компании Analog Devices, например процессоры ADSP-21160, оптимизированы для применения в многопроцессорных приложениях, таких как телефония, обработка медицинских изображений, радары, сонары, телекоммуникационные задачи и трехмерная графика. На рис. 7.37 показаны результаты тестирования процессоров SHARC на распространенных алгоритмах цифровой обработки сигналов.

Мультипроцессорные системы обычно используют один или сразу два метода связи между процессорными узлами в системе. Один метод предполагает использование канала связи, работающего по принципу "точка-точка". Такой метод многопроцессорной обработки данных называется потоковым (data-flow multiprocessing). При использовании другого метода процессорные узлы связываются через единую глобальную память посредством общей параллельной шины. Семейство процессоров SHARC поддерживает реализацию связи между процессорами по принципу "точка-точка" через шесть имеющихся портов связи. Процессоры SHARC поддерживают также усовершенствованный способ организации многопроцессорных систем, называемых кластерами, с общей параллельной шиной.

Для приложений, где требуется большая вычислительная мощность, а гибкость вычислительной системы не является основным параметром, потоковая обработка данных является наилучшим решением. Выполнение DSP алгоритма разделяется между несколькими процессорами, и данные проходят через них, как показано на рис 7.38 справа. Процессор SHARC идеально подходит для применения в таких приложениях, где требуется потоковая обработка данных, так как он не требует наличия межпроцессорного регистрового файла типа FIFO (первый вошел — первый вышел) или внешней памяти. Каждый SHARC имеет 6 портов связи, позволяющих создавать двумерные и трехмерные многопроцессорные массивы или организовывать традиционные системы потоковой обработки данных. Внутренняя память SHARC обычно достаточно велика, чтобы разместить в ней код и данные большинства приложений, использующих описанную топологию. Все, что требуется для такой системы — это несколько процессоров SHARC и набор необходимых соединений между ними.

СРАВНЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ ЧЕРЕЗ ВНЕШНИЕ ПОРТЫ (ЕР) И ПОРТЫ СВЯЗИ

• Преимущества, которые дают внешние порты (ЕР)

♦ Взаимодействие двух процессоров SHARC через порт ЕР обеспечивает наибольшую пропускную способность (400 МБайт/с)

♦ Возможно подключение до шести процессоров SHARC и хост-процессора

♦ ЕР обеспечивает гибкость при обмене данными и управлении

♦ Наличие общей памяти упрощает структуру программы

• Преимущества, которые дает использование портов связи

♦ Каждый порт связи обеспечивает независимое взаимодействие двух процессоров SHARC на скорости 100 Мбайт/с

♦ Имеется до шести портов связи (600 Мбайт/с)

♦ Возможность построения системы с любым числом процессоров SHARC

• Связи через соединительный порт и ЕР можно использовать одновременно

Рис. 7.39

Кластерная мультипроцессорная система лучше всего подходит для применении в приложениях, где требуется высокая степень гибкости. Особенно хорошо она подходит для систем, которые должны выполнять различные задачи, некоторые из которых запускаются одновременно. Процессоры SHARC имеют встроенный хост-интерфейс, который позволяет легко организовать взаимодействие кластера с хост-процессором или с другим кластером.

Мультипроцессорная кластерная система строится на основе нескольких процессоров SHARC, связанных между собой по параллельной шине, что позволяет процессорам осуществлять доступ во внутреннюю память друг друга, а общей глобальной памяти. Типичный кластер на основе процессоров SHARC может включать до 6 процессоров ADSP-21160 и хост процессор, который может осуществлять шинный арбитраж. Встроенная логика арбитража шины позволяет процессорам SHARC разделять общую шину. Другие встроенные возможности процессоров SHARC помогают избежать необходимости использования любых других вспомогательных аппаратных средств при организации кластерной многопроцессорной системы. Очень часто в таких системах полностью отсутствует необходимость в локальной дополнительной или глобальной внешней памяти.

ADSP-TS001 — TigerSHARC™: статический суперскалярный цифровой сигнальный процессор

Цифровой Сигнальный Процессор ADSP-TS001 — TigerSHARC™ является первым DSP компании Analog Devices, построенным по новой статической суперскалярной архитектуре. Процессор TigerSHARC™ создан для применения в оборудовании телекоммуникационной инфраструктуры и предлагает новый высочайший уровень интеграции и уникальную возможность обрабатывать 8-, 16-, 32-разрядные типы данных с фиксированной и плавающей точкой, используя одну микросхему. Каждый из этих типов данных является важным для следующего поколения телекоммуникационных протоколов, находящихся в разработке, включая IMT-2000 (также известного под названием радиопротокола третьего поколения) и xDSL (цифровая абонентская линия). В отличии от всех других DSP, процессор ADSP-TS001 имеет уникальную способность увеличивать скорость обработки в зависимости от типа данных. Более того, кристалл обеспечивает высочайший уровень производительности при обработке данных с плавающей точкой.

В оборудовании телекоммуникационной инфраструктуры протоколы вокодера и канального кодера разработаны для 16-разрядного типа данных. Для улучшения качества сигнала многие телекоммуникационные приложения используют линейную коррекцию и технологию подавления эхо-сигналов, что существенно улучшает качество сигнала и характеристики системы. Эти алгоритмы выигрывают, благодаря увеличению точности обработки при применении 32-разрядных данных и данных с плавающей точкой. Поддержка 8-ми разрядного формата данных удобна при реализации часто используемого алгоритма декодера Витерби и при обработке изображений, где RGB сигналы, представляющие основные цвета, принято представлять 8-разрядными данными. Многие из этих приложений требуют высокого уровня производительности и могут предполагать использование алгоритмов, работающих последовательно или даже одновременно.

Точные требования определяются конкретными приложениями. Гибкость архитектуры процессора TigerSHARC позволяет разработчикам программного обеспечения выполнять требования по точности, необходимые в том или ином приложении, без каких-либо потерь эффективности работы системы в целом. При использовании процессоров TigerSHARC производительность системы определяется применяемым форматом данных.

Архитектура процессоров TigerSHARC охватывает ключевые элементы целого ряда различных видов микропроцессоров. Это RISC (Reduced Instruction Set Computer), VLIW (Very Long Instruction Word) и DSP для получения наиболее эффективного цифрового сигнального процессора. Новая архитектура поддерживает на высоком уровне такие параметры, присущие DSP процессорам, как короткий машинный цикл с детерминированной длительностью, быстрая реакция на прерывания и отличный интерфейс с периферийными устройствами для поддержки высокой производительности вычислений и высокой скорости ввода и вывода данных. Чтобы достичь наиболее высоких результатов в работе ядра процессора, предусмотрены такие свойства RISC-архитектуры, как операции одновременной загрузки и сохранения данных, устройство управления выполнением команд с глубоким конвейером и предсказанием переходов, большой регистровый файл для передачи данных между вычислительными блоками. Кроме того, использование особенностей архитектуры VLIW позволяет более эффективно использовать программную память, особенно при реализации алгоритмов, характерных для задач управления.

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРЫ ПРОЦЕССОРА TigerSHARC®

Ядро

1200 ММАС/с на частоте 150 МГц-16 бит с фиксированной точкой

300 ММАС/с на частоте 150 МГц — 32 бита с плавающей точкой

900 MFLOPS — 32 бита с плавающей точкой

Память

6 Мбит встроенной SRAM, организованные как единая память в отличие от традиционной Гарвардской архитектуры

Средства ввода-вывода, периферийные устройства и корпус

Скорость передачи данных через внешнюю шину 600 Мбайт/с

Суммарная скорость передачи данных через 4 порта связи 600 Мбайт/с

Поддержка многопроцессорной кластерной системы до

8 процессоров ADSP-TS001 без дополнительных микросхем

4 порта ввода/вывода общего применения

Контроллер динамической памяти SDRAM

Рис. 7.41

Чтобы обеспечить все функциональные блоки командами, необходимо эффективно использовать доступную ширину слова команды. Иначе говоря, многофункциональные команды должны подаваться на вычислительные блоки одновременно и параллелизм выполнения операций должен планироваться заранее, до непосредственного выполнения программы.

Объединяя наилучший опыт, накопленный в мире, процессор TigerSHARC представляет собой уникальную платформу для наиболее сложных приложений по цифровой обработке сигналов.

Архитектура ядра процессора Tiger SHARC показана на рис. 7.42.

Ядро включает несколько функциональных блоков: вычислительные блоки, память, АЛУ для операций с целыми числами и устройство для управления выполнением команд. В архитектуре процессора Tiger SHARC предусмотрены вычислительные блоки X и Y, каждый из которых содержит умножитель, АЛУ и 64-разрядное устройство сдвига. Благодаря ресурсам этих блоков, процессор может выполнять восемь 40-разрядных операций умножения с последующим суммированием 16-разрядных данных, две 40-разрядных операции умножения с последующим суммированием 16-разрядных комплексных чисел или две 80-разрядные операции умножения с последующим суммированием 32-разрядных даннымх. Все перечисленные операции выполняются в одном цикле. Процессор TigerSHARC реализует архитектуру, использующую полностью ортогональный регистровый файл длиной в 32 слова, допускающий чтение и запись в одном машинном цикле.

В архитектуре процессора TigerSHARC векторная организация памяти представлена в виде трех 128 разрядных блоков. При обращении к памяти из нее могут читаться учетверенные, длинные и нормальные слова, которые заносятся затем в регистровый файл для обработки. В каждом цикле может выполняться выборка четырех 32-разрядных команд. Одновременно могут быть загружены в регистровые файлы или записаны в память 256 битов данных. Данные с длиной слова 8, 16 или 32 разряда могут записываться в память последовательно в упакованном виде. Внутренняя и внешняя память организованы в виде единого адресного пространства, которое оставляет полную свободу программисту для распределения памяти. При работе на тактовой частоте 150 МГц скорость обмена с внутренней памятью для данных и команд составляет 7,2 Гбит/с.

Два АЛУ, выполняющие операции с целыми числами, используются для адресации данных и вычисления значений указателей. Они поддерживают циклические буферы и бит-реверсивную адресацию, причем каждое имеет свой регистровый файл длиной 32 слова. Рассматриваемые АЛУ не просто являются блоками, генерирующими адреса данных, но и могут совместно осуществлять вычисления с целыми числами. Наличие АЛУ такого вида позволяет существенно улучшить эффективность компилятора, разрабатываемого для данного процессора, а также повысить гибкость программирования.

Архитектура процессоров TigerSHARC называется статической суперскалярной архитектурой, т. к. она предполагает выполнение до четырех 32-разрядных команд за один цикл, и программист имеет возможность независимо задавать команды для всех вычислительных блоков. Устройство управления выполнением команд (program sequencer) поддерживает последовательное исполнение команд, при котором каждая очередная инструкция выполняется в соответствии с результатом предварительно заданного условия. Кроме того, одна и та же команда может быть выполнена двумя вычислительными блоками одновременно с использованием различных значений данных (это называется SIMD — одна инструкция — двойной набор данных).

Архитектура процессоров TigerSHARC позволяет выполнять операции над 8-, 16- и 32-разрядными данными. Производительность процессора повышается по мере уменьшения разрядности обрабатываемых данных.

Добавление буфера адресов перехода (Branch Target Buffer, ВТВ) и логики статического предсказания перехода делает ненужным заполнение конвейера команд после перехода. Как отмечалось раньше, переход осуществляется за один цикл.

Три внутренних 128-разрядных шины образуют быстродействующий канал обмена данными между внутренними функциональными блоками и внешними периферийными устройствами. Трехшинная структура отвечает типовым математическим командам, требующим наличия двух исходных данных и на выходе выдают один результат. Процессор имеет ортогональную программную модель и обеспечивает детерминированную реакцию на прерывания.

Архитектура процессора TigerSHARC основана на различных режимах работы аппаратуры. Это позволяет избежать потери циклов и упрощает работу компилятора. Система команд непосредственно поддерживает все числовые форматы, применяемые в ЦОС и в обработке изображений и видеосигналов, включая знаковый и беззнаковый, дробный и целочисленный. Во всех случаях существует возможность ограничения или усечения результатов вычислений.

Работая на тактовой частоте 150 МГц, процессор ADSP-TS001 обеспечивает наилучшую производительность среди процессоров семейства SHARC как при обработке данных с фиксированной точкой, так и при работе с данными в формате с плавающей точкой.

Кроме того, разместив на кристалле 6 Мбит статической памяти, компания Analog Devices увеличила степень интеграции памяти на 50 % по сравнению с предыдущими членами семейства SHARC. При переходе к меньшим проектным нормам при производстве кристаллов, компания Analog Devices планирует увеличить тактовую частоту работы процессора и объем памяти на кристалле для новых представителей семейства TigerSHARC.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПРОЦЕССОРОВ TigerSHARC

• Выполнение от 1 до 4 32-разрядных операций за цикл

• Принцип "Одна инструкция, много данных" (SIMD) поддерживается двумя вычислительными блоками

• Поддержка разных форматов данных вычислительными блоками

♦ В каждом имеется регистровый файл, MAC, АПУ, устройство сдвига

♦ Работа с 32/40-разрядными данными с плавающей точкой и с 32-разрядными данными с фиксированной точкой (6 операций за один такт)

♦ 16-битные операции (24 за цикл) или 8-битные операции (32 за цикл)

• Логика статического предсказания переходов, с целевым буфером перехода (ВТВ), поддерживающим до 128 входов

• Внутренняя пропускная способность 7.2 Гбайт/с

• Простая программная модель с гибкой системой прерываний

Рис. 7.43

Применение процессоров ADSP-TS001 уменьшает общую стоимость материалов при проектировании системы, благодаря наличию интегрированных функций ввода-вывода набора периферийных устройств, которые уменьшают или вообще ликвидируют потребность в применении вспомогательных и дополнительных аппаратных средств. Работая на тактовой частоте 150 МГц, процессор ADSP-TS001 объединяет четыре порта связи со скоростью передачи 600 Мбит/с, средства поддержки мультипроцессорного кластера с возможностью подключения до восьми процессоров ADSP-TS001, контроллер динамической памяти и интерфейс JTAG. Данная, не имеющая аналогов комбинация возможностей реализована в 35x35 мм корпусе SBGA с 360 выводами.

Вычислительные возможности и пример кодирования процессора TigerSHARC показаны на рис. 7.44. Четыре 32-разрядные команды выполняются параллельно, образуя одну 128-разрядную командную строку. Данная командная строка выполняется за один цикл. Ниже приведен пример кодирования на языке ассемблера одной строки с расшифровкой выполняемых функций:

xR3:0=Q[j0+=4];// загрузить из памяти четыре регистра (xR0,xR1,xR2,xR3) из регистрового файла X

yR3:0=Q[k0+=4];// загрузить из памяти четыре регистра из регистрового файла Y

FR5=R4*R4; // перемножить два 32-разрядных значения с плавающей точкой в вычислительном блоке X и еще два — в блоке Y (две операции умножения)

FR9:8=R6+/-R7;;// сложить и вычесть в обоих вычислительных блоках X и Y (четыре операции в АЛУ)

Один символ "точка с запятой" разделяет 32-разрядные команды, а два символа "точка с запятой" обозначают конец командной строки. Этот пример иллюстрирует синтаксис, применяемый при кодировании операций АЛУ и умножении 32-разрядных данных, представленных в формате с плавающей точкой. Параллельные 16-разрядные операнды могут быть легко специфицированы, используя префикс "S" (short — короткий) вместо "F" (float — данные с плавающей точкой). J0 и К0 являются регистрами, принадлежащими

IALU, которые используются в качестве указателей при косвенной адресации для чтении из памяти.

При программировании цифровых сигнальных процессоров приходится работать как на языке высокого уровня, так и на языке низкого уровня, то есть на ассемблере. Выбор языка зависит от целого ряда факторов, включающих требуемую скорость выполнения программы, размер используемой памяти и время, затрачиваемое на разработку программного обеспечения. Таким образом, система, предназначенная для цифровой обработки сигналов, должна давать пользователю возможность программировать как на языках высокого, так и на языках низкого уровня. Архитектура процессора TigerSHARC в точности отвечает этим требованиям.

Действительно, ядро процессора TigerSHARC включает 128 32-разрядных регистров общего назначения. Такое большое число регистров обеспечивает С-компилятору высокую степень гибкости при максимальном использовании в работе всего потенциала архитектуры. Для обеспечения целостности данных все регистры полностью синхронизированы, вследствие чего программисту не требуется контролировать детали, связанные с движением данных. Корректность использования данных при вычислениях контролируется аппаратно. Кроме того, доступ ко всем регистрам может осуществляться с использованием всех возможных режимов адресации (ортогональность), и все вычислительные команды имеют детерминированную задержку выполнения (2 цикла). Помимо прочего, архитектура процессора TigerSHARC включает буфер адресов перехода, в котором сохраняется эффективный адрес последних 128 переходов. Данный буфер облегчает программирование при заполнении конвейера команд после перехода. Как было показано раньше, архитектура позволяет осуществлять переход к следующей команде в одном цикле.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПРОЦЕССОРОВ TigerSHARC

• 128 регистров общего назначения

• Все регистры полностью синхронизированы

• Для адресации можно использовать целочисленное АЛУ общего применения

• Предсказание переходов

• Нет необходимости переключать аппаратные режимы

• Ортогональные режимы адресации

• Поддержка языка ассемблера

Рис. 7.45

На рис. 7.46 представлена одна из возможных мультипроцессорных систем, построенная на процессорах TigerSHARC. До восьми процессоров ADSP-TS001 могут взаимодействовать напрямую через высокоскоростной 64-разрядный интерфейс внешней шины. При таком взаимодействии широко используемый протокол, построенный по принципу "ведущий — ведомый" (master-slave), позволяет любым двум процессорам непосредственно взаимодействовать в любой момент времени.

В дополнение к внешней шине, неограниченное число процессоров может взаимодействовать между собой через порты связи, которыми оснащен процессор ADSP-TS001. Взаимодействие через порты связи предоставляет большую гибкость при меньшей пропускной способности, чем при обмене через интерфейс внешней параллельной шины. Следует еще раз упомянуть, что передача данных через порты связи выполняется отдельным процессором ввода-вывода и не требует вмешательства ЦПУ.

Если сложить пропускную способность портов связи (600 Мбит/с) и внешнего порта (600 Мбит/с), то получится суммарная пропускная способность процессора, составляющая 1200 Мбит/с при работе на тактовой частоте 150 МГц. К тому же следует отметить, что интерфейс, основанный на портах связи, как и параллельный интерфейс, не требует для своей реализации никаких дополнительных аппаратных средств.

Процессор ADSP-TS001 является первым представителем планируемого семейства продуктов, основанных на технологии TigerSHARC. Последующие представители семейства TigerSHARC будут характеризоваться оптимальным соотношением объемов встроенной памяти и периферийных устройств с точки зрения наиболее полного удовлетворения требованиям специализированных рынков. Эти рынки включают базовые станции сотовых сетей третьего поколения, приложения VoIP (голос по протоколу Интернет), серверы и сетевые концентраторы. Ожидаемые усовершенствования в технологии и архитектуре процессора должны привести к двукратному улучшению базовых характеристик процессоров семейства TigerSHARC.

Сравнение цифровых сигнальных процессоров, основанное только на таких характеристиках как MIPS, MOPS или MFLOPS, не дает полного представления о вычислительных возможностях процессоров. Полезнее сравнить работу ЦСП применительно к реализации специфических алгоритмов. БПФ и КИХ-фильтр, например, являются популярными эталонными тестами, также как и БИХ-фильтр, умножение матриц, деление и вычисление квадратного корня.

На рис. 7.48 показаны результаты тестов процессора ADSP-TS001 TigerSHARC, работающего с 16-разрядными данными с фиксированной точкой.

На рис. 7.49 представлены результаты обработки 32-разрядных данных с плавающей точкой.

Средства для отладки и проектирования систем на цифровых сигнальных процессорах.

Наличие полного набора средств аппаратной и программной отладки весьма важно для любого проекта, основанного на DSP. Ниже будет описан пример проектирования типичной системы, содержащей DSP.

Первый шаг в процессе проектирования — это описание архитектуры системы, которое включает такую информацию, как тип процессора, периферийные устройства (внешняя память, кодеки, хост-процессор, каналы связи), конфигурацию и т. д. Эта информация помещается в файл, называемый LDF (файл описания связей).

Следующий шаг в процессе проектирования — генерирование необходимой программы DSP. Программа может создаваться на языке высокого уровня (обычно С или C++), на языке ассемблера для DSP или с использованием обоих языков. Программа DSP, разработанная на С, должна быть откомпилирована для получения кода на языке ассемблера. Нужно учитывать, что преимуществом использования языка С является простота программирования, в то время как результат компилирования такой программы не так эффективен, как при программировании непосредственно на ассемблере. По этой причине многие программисты DSP программируют на С, но используют ассемблер для проектирования таких моментов в программе, которые требуют наибольшего быстродействия. Язык ассемблера компании Analog Devices для DSP использует алгебраический синтаксис и достаточно прост при непосредственном использовании. В конце этапа компиляции компоновщик генерирует исполняемый файл.

Затем программное обеспечение должно быть отлажено с использованием программного симулятора в сочетании с некоторой аппаратной отладочной системой, такой как, например, плата EZ-ICE или другая плата, встраиваемая в слот персонального компьютера и поставляемая какой-либо фирмой

После того, как программа отлажена с использованием отладочной платы, она должна быть протестирована в разрабатываемой системе (на проектируемой плате с DSP). Внутрисхемный эмулятор, такой как EZ-ICE, обычно взаимодействует с проектируемой платой через интерфейс PCI или JTAG-интерфейс через соответствующий кабель.

Конечный этап в процессе создания программы требует генерации загрузочного модуля с использованием программы PROM Splitter.

Обзор средств, поставляемых компанией Analog Devices, приведен на рис. 7.50. Все перечисленные средства далее будут детально рассмотрены.

…???…

Рис. 7.50

Семейство плат EZ-KIT Lite фактически является набором стартовых комплектов, содержащих отладочные платы для различных DSP. В дополнение к самому процессору, эти платы содержат АЦП и ЦАП (codec), связываемые с процессором через его последовательный порт. Все необходимые вспомогательные аналоговые и цифровые устройства находятся на платах. Управление платами осуществляется посредством персонального компьютера через последовательный порт RS-232, а также путем перестановки перемычек на плате. Программные средства, совместимые с Windows 95/98/NT, поставляются вместе с платой. Указанные программные средства включают инструменты для генерирования программ, поставляемые с некоторыми функциональными ограничениями и включающие компилятор, ассемблер, компоновщик, программу создания загрузочных модулей (PROM Splitter) и отладчик, являющийся частью интегрированной среды Visual DSP. В комплект программного обеспечения включаются также примеры приложений, такие как генератор DTMF-сигналов, подавитель эхо-сигналов, БПФ, простые цифровые фильтры и т. д. Платы EZ-KIT Lite дают разработчикам возможность при минимальных затратах ознакомиться с предлагаемыми на рынке цифровыми сигнальными процессорами.

НАБОРЫ EZ-KIT LITE™ ДЛЯ DSP КОМПАНИИ ANALOG DEVICES INC.

• Оценочная плата EZ-KIT Lite™ — это самостоятельное настольное устройство, которое подключается к компьютеру, работающему под Windows

• Плата EZ-KIT Lite™ обеспечивает:

♦ Недорогой способ начальной оценки возможностей процессоров серии ADSP

♦ Мощные средства проектирования для разнообразных систем общего назначения

• Предназначены для:

♦ Начинающих пользователей процессоров DSP

♦ Начинающих пользователей процессоров DSP фирмы Analog Devices Inc.

♦ Пользователей DSP фирмы ADI, разрабатывающих новые конструкции

♦ Пользователей DSP фирмы ADI, совершенствующих существующие разработки с целью увеличения производительности

Рис. 7.51

НАБОР EZ-KIT LITE™ ДЛЯ ADSP-2189M

• Аппаратные средства:

♦ Процессор ADSP-2189M спроизводительностью 75 MIPS

♦ Стерео кодек AD73322L

♦ Коэффициент усиления кодека программируется с помощью DSP

♦ 2 Мбит и более защищенной памяти Flash EPROM

♦ Интерфейс типа RS-232 для подключения к компьютеру

♦ Выбор режима работы с хост-процессором или с полной памятью с помощью установленного на плате переключателя

♦ Разъем для эмулятора ADSP-218x EZ-ICE

♦ Разъем для расширения, в который выведены все входные и выходные сигналы, шины питания 5 В, 3.3 В, 2.5 В и шина земли

♦ Светодиодные индикаторы напряжения питания, работы интерфейса RS-232 и индикатор программирования

• Программное обеспечение:

♦ Работает под управлением Windows 95/98/NT-4.0

♦ VisualDSP®: ограниченная версия, включающая компилятор, ассемблер, компоновщик, загрузчик, интерфейс отладки VisualDSP

♦ Готовые примеры программ: генератор DTMF, эхоподавитель,

• БПФ и т. п. (аналогичные имеющимся в 2181 EZ-KIT Lite)

♦ Поддержка электронной почты

Рис. 7.52

НАБОР EZ-KIT LITE™ ДЛЯ ADSP-21160M

• Аппаратные средства:

♦ Процессор ADSP-21160М SHARC

♦ 16-разрядный стерео кодек AD1881 АС'97 SoundMAX

♦ Flash-пэмять объемом 2 Мбит

♦ Разъем JTAG

♦ Поддержка процессоров семейства ADSP-2116X

♦ Статическая память SBSRAM объемом 64К х 64 бит

♦ Расширенный параллельный порт

♦ Соответствует стандартам СЕ

• Программное обеспечение:

♦ Работает под управлением Windows 95/98/NT

♦ В оценочный вариант VisualDSP++™ входят: компилятор, ассемблер, линкер, загрузчик программы, интерфейс отладчика VisualDSP. VisualDSP можно использовать только для аппаратных средств EZ-KIT Lite

♦ Демонстрационные программы: DFT.dxe, BP.dxe, Pluck.dxe, Primes.dxe, Tt.dxe

Рис. 7.53

НАБОР EZ-KIT LITE™ ДЛЯ ПРОЦЕССОРА ADSP-21065L

• Аппаратные средства:

♦ Процессор ADSP-21065L, работающий на частоте 60 МГц

♦ Полнодуплексный 16-разрядный аудио-кодек

♦ Интерфейс UART RS-232

♦ Разъем JTAG для отладки

♦ Разъем расширения MAFE+

• Программное обеспечение:

♦ Работает под управлением Windows 95/98/NT

♦ В оценочный вариант VisuaiDSP++™ входят: компилятор, ассемблер, линкер, загрузчик программы, интерфейс отладчика VisualDSP. VisualDSP можно использовать только для аппаратных средств EZ-KIT Lite

♦ Демонстрационные программы: Быстрое преобразование Фурье (FFT), Дискретное преобразование Фурье (DFT), Полосовой фильтр, синтезатор звучания струны, сквозное воспроизведение

Рис. 7.54

Конечным этапом в разработке системы цифровой обработки сигналов является отладка непосредственно всей системы или проектируемой платы. Внутрисхемный эмулятор компании Analog Devices EZ-ICE подключается через специальный разъем на плате для реализации программной и аппаратной отладки в разрабатываемой системе. Внутрисхемные эмуляторы компании Analog Devices показаны на рис. 7.55-7.58. На рис, 7.56 изображен эмулятор Аррех-ICE, взаимодействующий с отлаживаемой платой через интерфейс JTAG, который в свою очередь осуществляет связь с процессором семейства SHARC. Для связи эмулятора с PC используется порт USB. Существуют другие внутрисхемные эмуляторы, которые используют для связи с компьютером интерфейсы ISA, PCI, RS232 и Ethernet.

НАБОР EZ-ICE® ДЛЯ ПРОЦЕССОРОВ СЕМЕЙСТВА ADSP-218X

• Интерфейс последовательного порта RS-232, собственно плата эмулятора и 14-контактный разъем JTAG

• Представляет собой устройство для тестирования, наблюдения и отладки устройств на ADSP-218x

• Длина кабеля 180 см

• Аппаратный переключатель напряжений питания 2.5 В, 3.3 В или 5 В

• Плата устройства помещена в экранированном корпусе

• Лучшая производительность за счет более скоростного интерфейса

Рис. 7.55

ЭМУЛЯТОР APEX–ICE С ПОДКЛЮЧЕНИЕМ К ПОРТУ USB

• Эмулятор для JTAG-интерфейса процессоров DSP фирмы ADI, подключаемый к порту USB

• Первое портативное устройство для JTAG-интерфейса DSP

• Небольшое портативное устройство

• Кабель небольшого диаметра длиной 5 м обеспечивает мобильность

• Внешний источник питания

Рис. 7.56

ЭМУЛЯТОР TREK-ICE™ С ПОДКЛЮЧЕНИЕМ К СЕТИ ETHERNET

• Эмулятор для подключения к сети в корпусе mini-tower, снабженный портом 10-Base-T

• Подключение к локальной сети не сложнее, чем подключение лазерного принтера

• Дистанционная отладка с помощью компьютера или рабочей станции SUN

• Надежный высокоскоростной соединитель 3 В/5 В

• Гибкий кабель длиной 1.5 м

Рис. 7.57

ЭМУЛЯТОР SUMMIT-ICE™ С ИНТЕРФЕЙСОМ PCI

• 32-разрядный PCI-интерфейс в виде платы расширения

• Кабель длиной 10 см с 14-контактным JTAG-разъемом

• Улучшенная технология ICEPAK обеспечивает эффективность надежность

• JTAG интерфейс снабжен внешним экранированным кабелем длиной 1.5 м

• Поддерживает режим plug-and-play под управлением Windows 95/NT

Рис. 7.58

VisualDSP и VisualDSP++

Новые программные средства разработки компании Analog Devices для DSP — пакеты VisualDSP® и VisualDSP ++ — являются весьма простыми в использовании инструментами, работающими под управлением Windows 95|98|NT. Пакет VisualDSP является интегрированной программной средой, включающей все необходимые для отладки средства и поддерживающей ассемблер с алгебраическим синтаксисом и оптимизированный С-компилятор. Мультипроцессорное окружение также может быть смоделировано и отлажено. VisualDSP++ обеспечивает поддержку языка C++.

В настоящее время существуют версии VisualDSP для процессоров семейства ADSP-218 и ADSP-219x, а также для DSP семейства SHARC.

Для оценки свойств программного обеспечения может использоваться программа компании Analog Devices “Test Drive”, по которой программное обеспечение может быть предоставлено пользователю на ограниченный срок.

В дополнение к уже описанным средствам и методам поддержки заказчиков, предоставляемым компанией Analog Devices, стоит упомянуть о программе DSP Collaborative, которая объединяет более 80 компаний, предлагающих на рынке ряд продуктов и услуг для облегчения задачи проектирования систем цифровой обработки сигналов. Более 30 компаний обеспечивают поддержку 16-разрядных процессоров семейства ADSP-21xx, и более 50 компаний поддерживают DSP семейства SHARC. Информацию о программе можно найти по адресу:

http://www.analog.com/industry/dsp/3rdparty/index.html

Дальнейшую информацию об отладочных средствах для DSP компании Analog Devices можно найти по адресу:

http://www.analog.com/dsp/tools

ИНТЕГРИРОВАННАЯ СРЕДА РАЗРАБОТКИ

• VisualDSP® и VisualDSP++

♦ Полнофункциональный отладчик для любого этапа разработки

♦ Интегрированная среда разработки (IDE)

♦ Ассемблер с алгебраическим синтаксисом

♦ Симулятор, корректно учитывающий циклы тактового генератора

♦ Оптимизрованный ANSI С компилятор со встроенным ассемблером

♦ Математические, ЦОС и С библиотеки

♦ Интеллектуальный мультипроцессорный компоновщик

♦ Интеллектуальный загрузчик

♦ ADSP-218x, 219х: Windows 95, 98, NT, 2000 совместимые

♦ SHARC: Windows 95, 98, NT, 2000 совместимые

Рис. 7.59

VisualDSP® 7.0 ДЛЯ ПРОЦЕССОРОВ ADSP-218x И ADSP-219x

• Работает под управлением Windows 95/98, Windows NT 4.0 с SP3 или более поздней версией

• Симулятор ADSP-219x поддерживает ядро процессора 219х

• Набор средств ELF/DWARF, включая компилятор с классической и специфической для процессора оптимизацией

• Язык командной строки Tel

♦ Поддерживает автоматическое тестирование системы DSP

• Транслятор объектов для 21 хх

• Автоматизированные средства поддержки программирования периферийных устройств для процессоров ADSP-218x и ADSP-219x

Рис. 7.60

VisualDSP++™ ДЛЯ ПРОЦЕССОРОВ SHARC®

• Работает под управлением Windows 95/98, NT, 2000

• Поддержка файлов формата ELF/Dwarf-2 обеспечивает эффективную отладку

• Имеет отдельные препроцессоры для компоновщика/ассемблера и для компилятора

• Быстрая работа в режиме отладки (0.9 с на один шаг)

• Поддержка многопроцессорного режима

♦ Синхронный запуск, пошаговая отладка и останов

• Язык командной строки Tel

♦ Поддерживает автоматическое тестирование системы DSP

• Статистическое профилирование программы

• Возможности языка C++

• Отображение графиков

Рис. 7.61

СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ ДЛЯ ПРОЦЕССОРОВ TigerSHARC®

• Архитектура TigerSHARC поддерживается набором средств для моделирования, генерации кода и средств отладки, куда входят:

♦ Интегрированная среда разработки VisualDSP

∙ Симулятор, ассемблер, загрузчик, отладчик и компилятор.

∙ Библиотеки для ЦОС и математические библиотеки

♦ Эмуляторы: все представленные JTAG-эмуляторы, поддерживающие процессоры семейства TigerSHARC

♦ EZ-KIT Lite

• В последующих версиях VisualDSP будут продолжено расширение функциональных возможностей отладочных средств.

Рис. 7.62

ТЕСТОВАЯ ВЕРСИЯ VisualDSP

• Данная версия (test drive) представляет собой действующий в течение 30 дней полнофункциональный вариант VisualDSP, в который не входит только программа обучения (tutorial). Новая тестовая версия представляет собой полную версию VisualDSP, в нее входит руководство по VisualDSP в виде файлов pdf.

• Заказчику предоставляется компакт-диск с версией test drive. Затем необходимо обратиться на сайт Analog Devices Inc. по адресу www.analog.com/industry/dsp/tools/test_drive.html и зарегистрировать test drive на сайте. После окончания регистрации заказчик получает серийный номер, который позволяет использовать пакет test drive. Пакет будет работать в течение 30 дней после инсталляции, после чего отключится и зарегистрировать test drive повторно станет невозможно.

• Пакет VisualDSP для процессора SHARC доступен в настоящее время, part # VDSP-SHARC-PC-TEST.

• Пакет VisualDSP для TigerSHARC можно получить, начиная с лета 2000 г.

• Пакет VisualDSP для ADSP-218x/219x можно получить, начиная с сентября 2000 г.

Рис. 7.63

ADI DSP COLLABORATIVE — ЧТО ЭТО ТАКОЕ?

• Более 80 компаний, которые поставляют широкий спектр продуктов и услуг для того, чтобы сделать процесс разработки быстрым и эффективным

• Процессоры различной архитектуры

♦ Более 30 компаний занимаются поддержкой 16-разрядной архитектуры семейства ADSP-21xx

♦ Более 50 компаний занимаются поддержкой архитектуры семейства SHARC®

• Имеется более 400 продуктов следующих категорий:

♦ Алгоритмы

♦ Операционные системы реального времени

♦ Отладчики

♦ Поддержка DSP в программе MATLAB®

♦ Эмуляторы

♦ Аппаратные отладочные платы

♦ Графические программы S/W

♦ Консультационное обслуживание

• Области применения:

♦ Аудио

♦ Цифровое радио

♦ Тестирование и контроль в промышленности

♦ Медицинские приборы

♦ Военные/Авиа/Космические

♦ Управление двигателями и механизмами

♦ Радиолокация/Эхолокация

♦ Телекоммуникация

♦ Обработка видеоизображения и звуковых сигналов

http://www.analog.com/industry/dsp/3rdparty/index.html

Рис. 7.64

Глава 8

Организация интерфейса с DSP-процессорами

Уолт Кестер, Дан Кинг

Введение

В связи с быстрым развитием технологии смешанной аналогово-цифровой обработки сигналов устройства на базе DSP с высокой степенью интеграции, появляющиеся на рынке в настоящее время (например ADSP-21ESP202), имеют помимо DSP-ядра интегрированные АЦП/ЦАП, что снимает проблему организации интерфейса между отдельными компонентами. Дискретные АЦП и ЦАП теперь оснащаются интерфейсами, специально предназначенными для связи с DSP, и тем самым минимизируют или устраняют необходимость внешней поддержки интерфейса или применения интерфейсной логики. Высокопроизводительные сигма-дельта-АЦП и ЦАП в настоящее время выпускаются в одном корпусе (такое комбинированные решение называется КОДЕК или КОдер/ДЕКодер), например, AD73311 и AD73322. Данные устройства также разработаны с учетом минимальных требований к интерфейсной логике при работе с наиболее распространенными DSP-процессорами. В настоящей главе рассматриваются проблемы, связанные с передачей и синхронизацией данных при организации различных интерфейсов.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА с DSP-ПРОЦЕССОРАМИ: ЧТЕНИЕ ДАННЫХ ИЗ АЦП, ПОДКЛЮЧЕННОГО С ОТОБРАЖЕНИЕМ В АДРЕСНОЕ ПРОСТРАНСТВО ПАМЯТИ

Подключение АЦП или ЦАП через быстрый параллельный интерфейс к DSP-процессору требует понимания специфики процессов чтения данных DSP-процессором из периферийных устройств (АЦП), а также записи данных процессором в периферийные устройства (ЦАП) при подключении данных устройств в адресное пространство памяти. Вначале мы рассмотрим некоторые основные требования к временным параметрам сигналов, используемых для чтения и записи данных. Необходимо отметить, что принципы, представленные здесь на примере доступа к АЦП и ЦАП, применимы также при чтении и записи в/из внешней памяти.

Блок-схема типичного параллельного интерфейса DSP-процессора с внешним АЦП показана на рис 8.1. Эта диаграмма сильно упрощена и показывает только сигналы, используемые для чтения данных из внешнего устройства, подключенного в адресное пространство памяти.

Временная диаграмма цикла чтения для процессоров семейства ADSP-21XX показана на рис. 8.2.

В этом примере подразумевается, что АЦП производит выборку с постоянной частотой, которая задается внешним тактовым генератором, асинхронно по отношению к внутренней тактовой синхронизации DSP-процессора. Использование отдельного задающего генератора для АЦП является предпочтительным, поскольку сигнал внутреннего генератора DSP-процессора может иметь высокий уровень помех и фазовый шум (jitter), который в процессе аналого-цифрового преобразования приведет к увеличению уровня шумов АЦП.

Тактовый импульс задающего генератора на входе "старт преобразования" (convert start) АЦП инициирует процесс преобразования входных данных (шаг N 1). По переднему фронту этого импульса внутренняя схема выборки-хранения АЦП переключается из режима выборки в режим хранения и таким образом начинается процесс преобразования. После выполнения преобразования на выходе АЦП выставляется строб преобразование выполнено (шаг N 2). Когда этот сигнал поступает на вход запроса прерывания DSP-процессора (), начинается процесс чтения данных из АЦП. Далее процессор выставляет на шине адрес периферийного устройства, инициировавшего запрос на прерывание (шаг N 3). В то же самое время процессор переводит в активное состояние сигнал доступа к памяти () (шаг N 4). Две внутренние шины адреса в процессоре ADSP-21XX (шина адреса памяти программ и шина адреса памяти данных) совместно используют внешнюю шину адреса, а две внутренние шины данных (шина данных памяти программ и шина данных памяти данных) совместно используют одну внешнюю шину данных. Сигналы выбора памяти начальной загрузки (), выбора памяти данных (), выбора памяти программ () и выбора памяти устройств ввода-вывода () указывают, для какой памяти в данный момент используются внешние шины. Эти сигналы обычно используются для разрешения внешней дешифрации адреса, как показано на рис. 8.1. Выходной сигнал дешифратора адреса подается на вход chip select выбора периферийного устройства (шаг N 5).

Сигнал чтения памяти (memory read, ) выставляется через промежуток времени t_ASR после активации сигнала  (шаг N 6). Чтобы полностью использовать преимущество высокой скорости DSP-процессора, сумма времени задержки дешифрации адреса и времени включения периферийного устройства после подачи сигнала выбора (chip select) не должна превышать время t_ASR. Сигнал чтения памяти (memory read, RD) остается активным (низкий логический уровень) в течение времени t_RР. Этот сигнал используется для перевода в активное состояние параллельного выхода данных периферийного устройства (шаг N 7). Сигнал  обычно подключается к соответствующему выводу периферийного устройства, называемому сигналом разрешения выхода или чтения (output enable или read). Восходящий (задний) фронт сигнала RD используется для ввода данных с шины в DSP-процессор (шаг N 8). После появления восходящего (заднего) фронта сигнала  данные на шине должны удерживаться периферийным устройством в течение времени t_RDH, называемого временем удержания данных. Для большинства процессоров семейства ADSP-21XX это время равно нулю.

Основные требования к временным параметрам периферийного устройства показаны на рис. 8.3. Все значения даны для процессора ADSP-2189M, работающего на тактовой частоте 75 МГц.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПРИ ЧТЕНИИ ИЗ ПЕРИФЕРИЙНОГО УСТРОЙСТВА (ПУ) ЧЕРЕЗ ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС

• Шина данных периферийного устройства должна поддерживать высокоимпедансное Z-состояние

• Время декодирования адреса и время включения периферийного устройства не должно превышать время t_ASR установки процессором адреса и сигнала выбора памяти (0.325 нc минимум для процессора ADSP-2189M)

• Для того, чтобы осуществить доступ без режима ожидания, время от спадающего (переднего) фронта сигнала чтения  до момента достоверного установления данных не должно превышать t_RDD (составляет 1.65 нc для процессора ADSP-2189М при работе на частоте 75 МГц), иначе необходимо программно обеспечить режим ожидания или снизить частоту работы процессора

• На выходе АЦП должны поддерживаться достоверные данные в течение времени t_RDH после восходящего (заднего) фронта сигнала чтения  (время t_RDH равно нулю для процессора ADSP-2189M)

• Периферийное устройство должно работать при как можно меньшей длительности строба t_RP (3.65 нc для процессора ADSP-2189M при работе на частоте 75 МГц), иначе необходимо программно обеспечить режим ожидания или снизить частоту работы процессора

Рис. 8.3

Параметр t_RDD определяет время, требуемое для доступа к данным периферийного устройства. В случае процессора ADSP-2189M минимальная длительность t_RDD составляет минимум 1.65 нс на частоте 75 МГц. Если требуемое время доступа к периферийному устройству больше, необходимо использовать циклы ожидания или уменьшить тактовую частоту процессора. Это довольно обычная ситуация при подключении внешней памяти или АЦП к быстрым DSP-процессорам. Соотношения между этими временными параметрами для ADSP-2189M показаны в виде уравнений на рис. 8.4. Обратите внимание, что данные характеристики зависят от тактовой частоты процессора DSP.

ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ЧТЕНИЯ ДЛЯ ПРОЦЕССОРА ADSP-2189M ПРИ РАБОТЕ НА ЧАСТОТЕ 75 МГЦ

t_CK = период тактового сигнала процессора (13.3 нc)

t_ASR = время установки процессором адреса и сигнала выбора памяти до спадающего (переднего) фронта сигнала чтения = 0.25∙t_CK — 3 нc (минимум)

t_RDD = время от спадающего (переднего) фронта сигнала чтения до момента достоверной установки данных = 0.5∙t_CK — 5 нc + (число циклов ожидания) * t_CK (максимум)

t_RDH = время удержания данных после восходящего (заднего) фронта сигнала чтения = 0 нc (минимум)

t_RP = длительность импульса сигнала чтения = 0.5∙tcK — 3 нc + (число циклов ожидания) * t_CK (минимум)

Рис. 8.4

Процессор ADSP-2189M способен эффективно взаимодействовать с медленными периферийными устройствами при помощи имеющихся средств программирования длительности состояния ожидания. Имеется три специальных регистра для управления процессом ожидания: для памяти начальной загрузки, для памяти программ и для памяти данных и пространства ввода-вывода. Программист может задать от 0 до 15 тактов ожидания для каждого параллельного интерфейса памяти. Каждый такт ожидания увеличивает время доступа к внешней памяти на величину, равную по длительности одному такту генератора тактовых импульсов процессора (13.3 нc для процессора ADSP-2189М, работающего на тактовой частоте 75 МГц). В рассматриваемом примере сигналы адрес памяти данных,  и  удерживаются неизменными в течение дополнительного времени, определяемого продолжительностью тактов ожидания.

Микросхемы AD7854/AD7854L — это 12-разрядные АЦП, работающие с частотой отсчетов 100 или 200 кГц, которые имеют параллельный интерфейс. Эти АЦП работают от однополярного источника питания с напряжением от +3 В до +5.5 В и потребляют порядка 5.5 мВт (AD7854L при питании +3 В). Автоматическое переключение микросхемы в энергосберегающий режим после выполнения преобразования снижает потребляемую мощность до 650 мкВт.

Функциональная схема AD7854/AD7854L показана на рис. 8.5.

ИС AD7854/AD7854L реализует технологию преобразования методом последовательного приближения с применением ЦАП с перераспределением зарядов (ЦАП на переключаемых конденсаторах). Наличие режима калибровки позволяет избавиться от погрешности смещения и погрешности коэффициента усиления. Ключевые временные характеристики параллельного интерфейса между AD7854/AD7854L и ADSP-2189M показаны на рис. 8.6. Характеристики процессора ADSP-2189M приведены для тактовой частоты равной 75 МГц.

Исследование временных соотношений, приведенных на рис 8.6, показывает, что для синхронизации работы двух устройств необходимо введение пяти тактов ожидания для процессора ADSP-2189M. Это увеличивает t_RDD до 68.15 нс, что превышает минимальное время доступа к АЦП AD7854/AD7854L (t₇ = 50 нс минимум). Длительность импульса чтения — t_RР по той же причине увеличивается до 70.15 нc, что позволяет удовлетворить требование к длительности строба чтения (t₇ = 70 нc минимум). Если периферийное устройство, включенное в адресное пространство памяти, не обладает чрезвычайно малым временем доступа, то использование режима ожидания совершенно необходимо для организации интерфейса с этим устройством, будь то АЦП, ЦАП или внешняя память.

Упрощенная схема интерфейса между двумя устройствами (АЦП и DSP) показана на рис. 8.7.

В качестве сигнала окончания преобразования от AD7854/AD7854L используется сигнал BUSY. Нужно заметить, что показанная конфигурация позволяет DSP-процессору записывать данные в регистр управления параллельным интерфейсом AD7854/AD7854L. Это необходимо для установки различных опций в AD7854/AD7854L и выполнения процесса калибровки. Однако в обычном режиме чтение данных из AD7854/AD7854L осуществляется в соответствии с приведенным выше описанием. Запись в периферийные устройства, включенные в адресное пространство памяти, рассматривается в последующих разделах этой главы.

Параллельные интерфейсы между другими DSP-процессорами и внешними периферийными устройствами могут быть построены подобным способом, однако всякий раз необходимо тщательно изучить временные параметры всех соответствующих сигналов для каждого устройства. Техническая документация большинства АЦП содержит достаточную информацию для организации интерфейса с DSP-процессорами.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА С DSP-ПРОЦЕССОРАМИ: ЗАПИСЬ ДАННЫХ В ЦАП, ПОДКЛЮЧЕННЫЙ С ОТОБРАЖЕНИЕМ В АДРЕСНОЕ ПРОСТРАНСТВО ПАМЯТИ

Упрощенная блок-схема стандартного интерфейса между DSP-процессором и параллельным периферийным устройством (например ЦАП) показана на рис. 8.8.

Диаграммы цикла записи в память для семейства ADSP-21xx показаны на рис. 8.9.

В большинстве приложений реального времени ЦАП функционирует непрерывно с постоянной тактовой частотой. Большинство ЦАП, используемых для этих приложений, осуществляет двойную буферизацию данных. Имеется входной регистр для фиксации данных, поступающих через асинхронный интерфейс с DSP-процессором, и далее регистр (называемый регистром хранения ЦАП), который управляет токовыми ключами ЦАП. Регистр хранения ЦАП синхронизируется внешним стабильным генератором, задающим частоту дискретизации. Кроме тактирования регистра хранения ЦАП, данный сигнал используется также для генерации сигнала прерывания DSP-процессора, который указывает на готовность ЦАП к приему новых входных данных.

Таким образом, процесс записи инициируется периферийным устройством посредством установления сигнала запроса прерывания DSP-процессора, указывающего, что периферийное устройство готово к приему новых данных (шаг N 1). Далее DSP-процессор выставляет адрес периферийного устройства на адресной шине (шаг N 2) и переводит в активное состояние сигнал выбора памяти  (шаг N 3). Это приводит к тому, что дешифратор адреса выдает сигнал выбора (chip select) на периферийное устройство (шаг N 5). После спадающего (переднего) фронта сигнала  через промежуток времени t_ASW процессор переводит в активное нулевое состояние сигнал записи  (шаг N 4). Длительность импульса  составляет t_WP перехода сигнала  в неактивное единичное состояние (шаг N 6). Восходящий (задний) фронт сигнала  используется для фиксации присутствующих на шине данных (D) во внешнюю параллельную память (шаг N 7). Данные на шине остаются достоверными еще в течение времени ton после прохождения положительного фронта сигнала .

Основные требования по временным параметрам при записи данных в периферийное устройство показаны на рис. 8.10.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПРИ ЗАПИСИ В ПЕРИФЕРИЙНОЕ УСТРОЙСТВО (ПУ) ЧЕРЕЗ ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС

• Время декодирования адреса и время включения периферийного устройства не должно превышать время tAsw установки процессором адреса и сигнала выбора памяти (0.325 нc минимум для процессора ADSP-2189M)

• Для того, чтобы осуществить доступ без режима ожидания, время установления данных не должно превышать tow (составляет 2.65 нc для процессора ADSP-2189M при работе на частоте 75 МГц), иначе необходимо программно обеспечить режим ожидания или снизить частоту работы процессора

• Время удержания входных данных не должно превышать t_DH (составляет 2.325 нc для процессора ADSP-2189M при работе на частоте 75 МГц)

• Периферийное устройство должно работать при длительности строба WR составляющей t_WP (3.65 нc мин. для процессора ADSP-2189M при работе на частоте 75 МГц), иначе необходимо программно обеспечить режим ожидания или снизить частоту работы процессора

Рис. 8.10

Главным параметром здесь является длительность строба записи t_WP. Для всех периферийных устройств, кроме самых быстрых, придется использовать циклы ожидания, т. к. этим устройствам нужно больше времени для доступа к данным. На рис. 8.11 приведены основные временные характеристики цикла записи процессора ADSP-2189M. Обратите внимание на то, что все они зависят от тактовой частоты процессора.

ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ЗАПИСИ ДЛЯ ПРОЦЕССОРА ADSP-2189M ПРИ РАБОТЕ НА ЧАСТОТЕ 75 МГЦ

t_CK = период тактового сигнала процессора (13.3 нc)

t_ASW = время установки процессором адреса и сигнала выбора памяти до спадающего (переднего) фронта сигнала записи = 0.25∙t_CK — 3 нc (минимум)

t_OW = время от момента установки данных до восходящего (заднего) фронта сигнала записи = 0.5t_CK — 4 нc + (число циклов ожидания) * t_CK

t_DH = время удержания данных после восходящего (заднего) фронта сигнала записи = 0.25t_CK — 1 нc

t_WP = длительность импульса сигнала записи  = 0.5∙t_CK — 3 нc + (число циклов ожидания) * t_CK (минимум)

Рис. 8.11

Микросхема AD5340 — это 12-ти разрядный ЦАП, работающий на частоте дискретизации 100 кГц, имеющий параллельный цифровой интерфейс. Данный АЦП питается от однополярного источника питания напряжением +2.5–5.5 В и рассеивает мощность 345 мкВт (при напряжении питания 3 В). В энергосберегающем режиме потребляемая мощность прибора снижается до 0.24 мкВт. ЦАП AD5340 имеет в своем составе выходной буферный усилитель, который способен формировать выходной сигнал в диапазоне значений от нуля до напряжения питания. В ПС AD5340 можно задействовать или отключить встроенный буфер для источника опорного напряжения. В устройстве имеется встроенная схема формирования сигнала сброса при включении питания, гарантирующая нулевое значение сигнала на выходе ЦАП до тех пор, пока в ЦАП не будут записаны корректные данные. Структурная схема ЦАП показана на рис. 8.12.

На входе прибора осуществляется двойная буферизация данных. Основные временные характеристики интерфейса между двумя устройствами (ЦАП и DSP) приведены на рис. 8.13. Спецификация временных параметров цикла записи для ADSP-2189M дается для тактовой частоты 75 МГц.

Исследование временных характеристик, изображенных на рис. 8.13, показывает, что для обеспечения совместимости по синхронизации между устройствами потребуется программирование двух циклов ожидания в процессоре ADSP-2189M. Это позволяет увеличить длительность строба записи (WR) до 30.25 нc, что превышает минимально необходимую длительность строба записи в ЦАП AD5340 (20 нc). Минимальное время установления данных в микросхеме AD5340, равное 5 нc, также перекрывается при использовании двух циклов ожидания. Упрощенная схема интерфейса между двумя устройствами показана на рис. 8.14.

Параллельные интерфейсы с другими DSP-процессорами могут быть организованы подобным образом, для чего необходимо подробное изучение временных спецификаций всех соответствующих сигналов каждого из взаимодействующих устройств.

Организация последовательного интерфейса с DSP-процессорами

DSP-процессоры, имеющие последовательные порты (например, семейство ADSP-21XX), позволяют организовать простой интерфейс с такими периферийными устройствами, как АЦП и ЦАП. Наличие последовательного порта устраняет необходимость использования больших параллельных шин для подключения АЦП и ЦАП к DSP-процессорам. Чтобы уяснить принцип последовательной передачи данных, мы рассмотрим сначала работу последовательного порта процессоров семейства ADSP-21XX.

Структурная схема одного из двух последовательных портов процессора семейства ADSP-21ХХ показана на рис. 8.15. Передающий (ТХ) и принимающий (RX) регистры последовательного порта определены на уровне синтаксиса языка ассемблера процессоров семейства ADSP-21XX и не отображаются в памяти процессора.

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПОРТА В ПРОЦЕССОРАХ СЕМЕЙСТВА ADSP-21xx

• Отдельные секции приема и передачи данных для каждого порта

• Двойная буферизация регистров приема и передачи данных

• Тактовые импульсы для последовательного обмена могут генерироваться как внутри процессора, так и поступать извне

• Сигналы синхронизации фреймов могут быть внутренними или внешними

• Длина передаваемых слов может составлять от 3 до 16 бит

• Автоматическая генерация прерываний

• Аппаратный компандер освобождает ресурс ядра процессора

Рис. 8.16

В приемной части последовательного порта сигнал фреймовой синхронизации приема (RFS) инициирует прием данных. Последовательный поток принимаемых данных (DR) от внешнего устройства (АЦП), побитно направляется в приемный регистр сдвига. Для битовой синхронизации используются спадающие фронты тактовых импульсов сигнала SCLK. После завершения приема очередного слова, оно записывается в регистр приема данных (RX), и последовательный порт генерирует запрос прерывания, по которому ядро процессора имеет возможность прочитать принятое слово из регистра (RX).

Запись в регистр передачи данных (ТХ) подготавливает последовательный порт к передаче данных. Начало передачи данных сопровождается сигналом фреймовой синхронизации передачи (TFS). Затем слово из регистра передачи данных (ТХ) записываются во внутренний передающий регистр сдвига. Данные из передающего регистра сдвига побитно посылаются на периферийное устройство (ЦАП). Для синхронизации последовательно передаваемых на внешнее устройство данных (DT) используются положительные фронты импульсов тактового сигнала SCLK. После передачи первого бита последовательный порт генерирует запрос прерывания, по которому ядро процессора может записать в регистр передачи данных новое слово, несмотря на то, что передача предыдущих данных еще не завершена.

При нормальном режиме фреймовой синхронизации сигнал фреймовой синхронизации (RFS или TFS) проверяется по нисходящему фронту тактового сигнала SCLK. Если в этот момент сигнал фреймовой синхронизации активен, то данные доступны (в режиме передачи) или данные фиксируются в приемном регистре сдвига (в режиме приема) по нисходящему фронту следующего тактового импульса сигнала SCLK. Сигнал фреймовой синхронизации не проверяется далее до окончания передачи или приема всего оставшегося слова. При альтернативном режиме фреймовой синхронизации сигнал фреймовой синхронизации устанавливается в том же самом такте сигнала SCLK, что и первый бит слова. Биты данных фиксируются по нисходящему фронту сигнала SCLK, но сигнал фреймовой синхронизации проверяется только в такте, соответствующем первому биту. Генерированный внутри сигнал фреймовой синхронизации остается в активном состоянии на все время приема или передачи последовательного слова. Альтернативный режим фреймовой синхронизации последовательного порта в процессорах семейства ADSP-21XX обычно используется для приема данных от АЦП или передачи данных на ЦАП.

Последовательные порты процессоров семейства ADSP-21XX чрезвычайно универсальны. Сигналы TFS, RFS или SCLK могут либо генерироваться встроенным генератором процессора семейства ADSP-21XX (режим master), либо поступать от внешнего источника (режим slave). Полярность этих сигналов может быть изменена программно, еще более повышая таким образом гибкость интерфейса. Порт также содержит аппаратные средства компандирования с μ- и A-характеристикой для голосовых телекоммуникационных приложений.

Организация последовательного интерфейса между DSP-процессором и АЦП

Временные диаграммы работы последовательного порта процессора ADSP-2189M, работающего в режиме приема (альтернативный режим фреймовой синхронизации), показаны на рис. 8.17.

Первый отрицательный (нисходящий) фронт сигнала SCLK, следующий после отрицательного (нисходящего) фронта сигнала RFS, синхронизирует фиксацию старшего бита данных (MSB) от АЦП во входном регистре сдвига процессора. Процесс продолжается до тех пор, пока все последовательные биты не будут поочередно приняты во входном регистре сдвига. Основные временные характеристики, на которые следует обратить внимание, это время установления последовательных данных (tSCS) и время их удержания (tSCH) по отношению к отрицательным фронтам сигнала SCLK. В случае использования процессора ADSP-2189M, эти значения равны соответственно 4 и 7 не. При использовании АЦП последнего поколения, оснащенных высокоскоростными последовательными портами, обычно не возникает трудностей в обеспечении этих характеристик даже при максимальной скорости последовательной передачи данных.

Микросхемы AD7853/AD7853L — это 12-ти разрядные АЦП, поддерживающие частоты дискретизации 100/200 кГц и работающие от однополярного источника питания напряжением от +3 В до + 5.5 В с потреблением всего 4.5 мВт (AD7853L при напряжении питания +3 В). После каждого преобразования устройство автоматически переходит в режим пониженного энергопотребления и потребляемая мощность снижается до 25 мкВт. В микросхеме AD7853/AD7853L применяется схема последовательного приближения и используется ЦАП с перераспределением зарядов (ЦАП на переключаемых конденсаторах). Наличие режима калибровки позволяет устранить погрешность смещения и скомпенсировать погрешности усиления. Структурная схема устройства показана на рис. 8.18.

Микросхема AD7853 может работать при частоте внешнего тактового генератора до 4 МГц. Для AD7853L максимальная частота ограничена значением 1.8 МГц. Временные диаграммы для AD7853L показаны на рис. 8.19.

В микросхемах AD7853/AD7853L можно конфигурировать выводы SYNC и SCLK как входы или выходы. В показанном примере генерация этих сигналов осуществляется микросхемой AD7853L. Задающий генератор сигнала синхронизации последовательного порта AD7853L работает на максимальной частоте 1.8 МГц (период 556 нс). Биты данных достоверны в течение 330 нс после появления положительных фронтов сигнала SCLK. Это позволяет получить как минимум около 330 нс для установления данных до спадающего фронта сигнала SCLK, что удовлетворяет требованию на минимальную величину tSCS в 4 не для процессора ADSP-2189М. Время удержания данных после спадающего фронта сигнала SCLK составляет приблизительно 226 нс, что тоже полностью удовлетворяет временным требованиям на величину tSCH в 7 не для процессора ADSP-2189M. Эти простые вычисления показывают, что требования, предъявляемые спецификацией процессора ADSP-2189M ко времени установления данных и сигнала RFS, а также ко времени их удержания, выполнены со значительным запасом.

На рис. 8.20 показана система, состоящая из АЦП AD7853L и процессора ADSP-2189M, функционирующая в режиме передачи данных от АЦП к DSP (альтернативный режим фреймовой синхронизации, АЦП работает в режиме "мастер"). В ПС AD7853/AD7853L имеются внутренние регистры, которые доступны для записи со стороны DSP-процессора через последовательный порт. Эти регистры используются для установки различных режимов работы АЦП AD7853/AD7853L, а также для инициализации процесса калибровки. Используемые для этого сигналы не показаны на приведенной ниже диаграмме.

Организация последовательного интерфейса между DSP-процессором и ЦАП

Организация интерфейса между последовательнымипортами ЦАП и процессора семейства ADSP-21xx также относительно проста и подобна рассмотренной выше реализации взаимодействия между АЦП и процессором. Далее мы не будем заново рассматривать детали, но покажем простой пример организации интерфейса.

Микросхема AD5322 представляет собой 12-разрядный сдвоенный ЦАП с частотой дискретизации 100 кГц, оснащенный последовательным входным интерфейсом. Прибор работает от однополярного источника питания с напряжением +2.5–5.5 В; структурная схема устройства показана на рис. 8.21.

Потребляемая мощность микросхемы при напряжении питания +3 В составляет 690 мкВт. В режиме пониженного энергопотребления потребляемая мощность снижается до 0.15 мкВт. Уровень гармонических искажений выходного сигнала не превышает -70 дБ относительно полной шкалы на частоте 10 кГц. Опорное напряжение для каждого ЦАП подается независимо через соответствующие выводы микросхемы (по одному на каждый ЦАП). Внешнее опорное напряжение может подаваться как через внутренние буферы, имеющиеся на соответствующих входах, так и напрямую. Выходы обоих ЦАП могут одновременно обновляться с помощью асинхронного сигнала LDAC. Устройство имеет встроенную схему формирования сигнала сброса по включению питания, гарантирующую нулевое значение сигнала на выходе ЦАП до тех пор, пока в ЦАП не будут записаны корректные данные.

Данные обычно передаются в AD5322 посредством использования входов SCLK, DIN и SYNC из последовательного порта DSP-процессора. Когда сигнал SYNC переходит в активное нулевое состояние, разрешается ввод данных в приемный регистр сдвига ЦАП. Данные фиксируются в приемном регистре сдвига микросхемы AD5322 по спадающим фронтам следующих 16 импульсов сигнала SCLK. Организация стандартного интерфейса между процессором ADSP-2189M и ЦАП AD5322 показана на рис. 8.22.

Нужно заметить, что сигнал синхронизации для AD5322 задается генератором тактового сигнала процессора ADSP-2189M. Также существует возможность внешней по отношению к AD5322 генерации сигналов SCLK и SYNC и их использования для синхронизации процессора ADSP-2189M. Последовательный интерфейс AD5322 недостаточно быстр для работы с ADSP-2189M на максимальной скорости, которую может обеспечить процессор. Однако частота сигнала синхронизации последовательного порта процессора может быть запрограммирована на соответствующую скорость, поддерживаемую быстрыми или медленными ЦАП.

Входной регистр сдвига в микросхеме AD5322 имеет разрядность 16 бит. 16-разрядное слово состоит из четырех битов управления, за которыми следуют 12 бит данных для ЦАП. Первый посылаемый бит определяет, для какого из двух имеющихся ЦАП (А или В) предназначены данные. Второй бит определяет использование буферизированного или небуферизированного режима работы входа опорного напряжения. Следующие два бита управляют режимами работы ЦАП (нормальный режим, режим пониженного энергопотребления с заземлением выходов через 1 кОм или через 100 кОм, режим пониженного энергопотребления с высокоимпедансным выходом).

Организация интерфейса между устройствами аналогового ввода-вывода, кодеками и DSP-процессорами

Так как большинство приложений цифровой обработки сигналов требует наличия одновременно АЦП и ЦАП, то широкое развитие получили универсальные устройства, интегрирующие функции кодека и портов ввода-вывода на одном кристалле и обеспечивающие простое подключение к стандартным DSP-процессорам. Эти устройства называют аналоговыми оконечными устройствами (далее по тексту — AFE — Analog Front End).

Функциональная схема микросхемы AD73322 показана на рис. 8.23. Данный прибор представляет собой двойной AFE с двумя 16-разрядными АЦП и двумя 16-разрядными ЦАП с возможностью работы с частотой дискретизации 64 кГц. ПС AD73322 разработана для универсального применения, включая обработку речи и телефонию с использованием сигма-дельта АЦП и сигма-дельта ЦАП. Каждый канал обеспечивает отношение сигнал/шум на уровне 77 дБ в пределах голосовой полосы частот.

Каналы АЦП и ЦАП имеют программируемые коэффициенты усиления по входу и выходу с диапазонами до 38 дБ и 21 дБ соответственно. Встроенный источник опорного напряжения допускает использование однополярного питающего напряжения величиной +2.7–5.5 В. Его потребляемая мощность при напряжении питания +3 В составляет 73 мВт.

Частота дискретизации кодека может быть запрограммирована на одно из четырех фиксированных значений: 64 кГц, 32 кГц, 16 кГц и 8 кГц при частоте опорного задающего генератора 16.384 МГц. Последовательный порт позволяет легко организовать интерфейс одного или нескольких кодеков, включенных каскадно, со стандартными DSP-процессорами, имеющимися на рынке, например процессорами семейства ADSP-21XX. Скорость передачи данных по последовательному порту может программироваться, что позволяет осуществлять интерфейс как с быстрыми, так и с медленными DSP-процессорами. Организация интерфейса кодека с процессором семейством ADSP-218X показана на рис. 8.24. Вывод SE (включение последовательного порта) может управляться от программируемого выхода общего назначения, например FL1, или, в случаях когда не требуется перевод последовательного порта в энергосберегающий режим, на этот вывод может постоянно подаваться высокий уровень через подходящий нагрузочный резистор. Вывод сброса (RESET) может быть соединен с сигналом общего аппаратного сброса системы или может управляться любым программируемым выходом общего назначения.

В режиме программирования данные передаются от DSP-процессора в управляющие регистры микросхемы AD73322 для активации необходимого режима работы. После программирования конфигурации устройства, т. е. после правильной установки различных регистров управления, кодек может выйти из режима программирования и войти в режим передачи данных. Данные от двух АЦП передаются в DSP-процессор двумя блоками, состоящими из 16-ти разрядных слов. Точно так же данные для двух ЦАП передаются от DSP-процессора к микросхеме AD73322 аналогичными способом. Упрощенные временные диаграммы работы последовательного интерфейса показаны на рис. 8.24.

Микросхема AD73422 — это первое изделие в семействе продуктов dspConverter™, которые интегрируют в себе двухканальный кодек (AD73322) и DSP-процессор (52 MIPS ADSP-2185L/86L). Устройство, обладающее полными функциональными возможностями двухканального кодека и DSP-процессора, размещено в небольшом 119-выводном пластмассовом корпусе типа PBGA размером 14x22 мм. Очевидное преимущество такого подхода — экономия площади печатной платы. Используемые АЦП и ЦАП обеспечивают отношение сигнал / шум приблизительно 77 дБ в полосе звуковых частот.

Микросхема AD74222-80 имеет на своем кристалле 80 Кб памяти, сконфигурированной как 16 Кб (24 разряда) ОЗУ программ и 16 Кб (16 разрядов) ОЗУ данных. Встроенное ОЗУ микросхемы AD73422-40 объемом 40 Кб разделено на 8 Кб (24 разряда) памяти программ и 8 Кб (16 разрядов) памяти данных. Режим пониженного энергопотребления обеспечивает низкую потребляемую мощность, необходимую для реализации оборудования с батарейным питанием. Микросхема AD73422 работает при напряжении питания +3 В и рассеивает приблизительно 120 мВт при полнофункциональном режиме работы.

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИС AD73422 dspConverter™

• Полный сдвоенный кодек (AD73322) и DSP (ADSP-2185L/86L)

• Корпус BGA 14 х 22 мм

• Однополярное питание +3 В, потребление 73 мВт

• Режим пониженного энергопотребления

• КОДЕК:

♦ Два сигма-дельта-АЦП и ЦАП, 16-разр

♦ Частоты дискретизации: 8, 16, 32, и 64 КГц

♦ Отношение сигнал/шум 77 dB

• DSP:

♦ 52 MIPS

♦ Совместим по кодам с ADSP-218x

♦ 80 Кб или 40 Кб памяти на кристалле

Рис. 8.25

Организация высокоскоростного интерфейса

С появлением DSP-процессоров с высокими тактовыми частотами и новыми архитектурными решениями стали возможны анализ и обработка весьма широкополосных сигналов. Программируемость DSP-процессоров делает возможным выполнение различных алгоритмов на тех же самых аппаратных средствах, обеспечивая расширение функциональных возможностей системы. Показанная на рис. 8.26 упрощенная система обеспечивает взаимодействие процессора ADSP-21065L с быстродействующими АЦП и ЦАП посредством использования параллельного интерфейса и внешнего порта DSP-процессора. Семейство DSP-процессоров SHARC позволяет использовать несколько вариантов взаимодействия АЦП и ЦАП с внешним портом процессора. Данное взаимодействие может быть реализовано с использованием контроллера прямого доступа к памяти (ПДП) DSP-процессора, или программно, с использованием ядра процессора. Использование ПДП не загружает ядро DSP-процессора, что дает возможность ядру продолжать работу (выполнять инструкции программы), в то время как данные читаются и записываются из/во внутреннюю память.

Микросхема AD9201 представляет собой двухканальный 10-разрядный АЦП, работающий с частотой дискретизации 20 МГц, с однополярным питанием в диапазоне от +2.7 В до +5.5 В и рассеиваемой мощностью 215 мВт (при напряжении питания +ЗВ). Параметры прибора AD9201 удовлетворяют требованиям к АЦП, необходимым для многих приложений, например, для реализации высокоскоростных квадратурных каналов телекоммуникационных систем. Наличие входных буферов, внутреннего источника опорного напряжения и мультиплексированных цифровых выходных буферов делает очень простой организацию интерфейса с АЦП AD9201.

ЦАП AD9761 предназначен для совместной работы с АЦП AD9201. Данная микросхема представляет собой двухканальный 10-разрядный ЦАП с частотой дискретизации 20 МГц на канал, работающий от однополярного источника питания с напряжением в диапазоне от +2.7 В до +5.5 В и рассеиваемой мощностью 200 мВт (при напряжении питания +3 В). Встроенный источник опорного напряжения, наличие цифровых буферов и 2-кратная интерполяция делают ЦАП AD9761 весьма полезным при построении передатчиков с квадратурными каналами.

Системный интерфейс процессора DSP

На рис. 8.26 показана упрощенная система на базе процессора ADSP-2189M, использующая полномасштабную модель памяти. Она включает два устройства, работающие через последовательные интерфейсы, 8-разрядную EPROM, внешнюю оверлейную память программ и данных. Возможность программной генерации циклов ожидания позволяет легко подключать быстрый процессор к более медленным периферийным устройствам.

Процессор ADSP-2189M также поддерживает четыре внешних прерывания, семь универсальных сигналов ввода-вывода и два последовательных порта. Один из последовательных портов может быть сконфигурирован как источник двух дополнительных сигналов прерывания, один универсальный вход и один универсальный сигнал вывода, что даст в сумме шесть внешних сигналов прерывания, девять каналов ввода-вывода общего назначения при сохранении одного полнофункционального последовательного порта. Процессор ADSP-2189M может также работать в режиме доступа к хост-памяти (host memory mode), который позволяет организовать доступ по всей ширине внешней шины данных, но ограничивает адресацию одним адресным битом. Дополнительные периферийные устройства могут быть подключены в режиме host memory mode при использованием внешних аппаратных средств для генерации и фиксации дополнительных адресных сигналов.

Глава 9

Применение DSP

Уолт Кестер

Высокопроизводительные модемы для передачи данных по традиционным телефонным линиям (POTS)

Модемы (модуляторы/демодуляторы) широко используются для передачи и приема цифровых данных с аналоговой модуляцией по телефонным сетям общего назначения (POTS) и частным линиям. Данные передаются в цифровом формате, и телефонный канал рассчитан на передачу голосовых сигналов в полосе частот от 300 до 3000 Гц. Для телефонного канала передачи характерны высокий уровень искажений, шума, перекрестные искажения, рассогласования полного сопротивления, паразитные эхо-сигналы и другие недостатки. Подобные явления незначительно искажают речевые сигналы, но могут привести к многочисленным ошибкам при цифровой передаче данных. Основное назначение передающей части модема состоит в том, чтобы подготовить цифровые данные для передачи по аналоговой голосовой линии. Цель приемной части модема состоит в том, чтобы получить сигнал в аналоговой форме и восстановить исходные цифровые данные при наличии приемлемого уровня ошибок. Современные высокопроизводительные модемы используют методы цифровой обработки для выполнения таких функций, как модуляция, демодуляция, обнаружение и исправление ошибок, настройка параметров передачи и подавление эхо.

Блок-схема обычного телефонного канала (POTS) показана на рис. 9.1.

Чаще всего телефонная связь осуществляется с помощью нескольких соединений в телефонной сети. Наиболее широко распространенная абонентская линия представляет собой двухпроводную витую пару, которая на телефонной станции преобразуется в четырехпроводную. При этом два проводника работают на передачу и два на прием. Сигнал преобразуется обратно к 2-проводной паре на линии удаленного абонента. Преобразование двухпроводной линии в четырехпроводную осуществляется с помощью так называемой гибридной схемы. Гибридная схема преднамеренно вносит рассогласование импеданса, чтобы предотвратить колебательный процесс в четырехпроводной магистральной линии. Рассогласование приводит к отражению части переданного сигнала и возникновению эхо-сигнала на приемной стороне. Это эхо может привести к потере данных, которые приемник получает от удаленного модема.

Полудуплексные модемы могут поочередно, а не одновременно принимать и передавать данные по двухпроводной линии. Дуплексные модемы также работают на двухпроводную линию, но способны совмещать передачу и прием данных. Работа в дуплексном режиме требует от модема способности отделения принимаемого сигнала от отражения (эха) передаваемого сигнала. Это достигается или назначением для сигналов разного направления различных частотных диапазонов, разделяемых с помощью фильтрации, или подавлением эха, при котором синтезируется «эхо» — копия отраженного передаваемого сигнала и оно вычитается из принимаемого смешанного сигнала.

В традиционной телефонной связи существует два типа эха. Первое эхо — это отражение от ближней (входной) гибридной схемы телефонной станции, а второе эхо — от дальней (выходной) гибридной схемы. В процессе передачи сигнала на большое расстояние передаваемый сигнал подвергается преобразованиям несущей частоты с помощью гетеродина. Так как частоты гетеродинов в сети не совсем совпадают, несущая частота эхо-сигнала, отраженного от выходной гибридной схемы, может отличаться от несущей частоты передаваемого сигнала. В современных приложениях этот сдвиг может ухудшить степень подавления эхо-сигнала. Поэтому для схемы эхоподавления желательно компенсировать этот частотный сдвиг.

Для передачи по телефонным сетям синусоидальная несущая модулируется цифровым сигналом, в результате чего получается модулированный сигнал звуковой частоты. Частота несущей выбирается так, чтобы укладываться в пределы полосы частот телефонного канала. В режиме передачи модем модулирует цифровыми данными несущую частоту, в режиме приема модем детектирует звуковую несущую и выделяет из нее цифровые данные.

Цифровой сигнал может быть использован для модуляции амплитуды, частоты или фазы звуковой несущей, в зависимости от того, какая скорость передачи данных требуется. Эти три типа модуляции известны как амплитудно-манипулированная (amplitude shift keying — ASK), частотно-манипулированная (frequency shift keying — FSK) или фазоманипулированная (phase shift keying — PSK). В простейшем случае модулированная несущая в каждый момент времени имеет одно из двух фиксированных значений параметров, то есть одну из двух амплитуд, одну из двух частот или один из двух фазовых сдвигов. Эти два фиксированных значения представляют собой логический 0 или логическую 1.

При низких и средних скоростях передачи данных (до 1200 бит/с) используется частотная модуляция (FSK). Многофазные PSK используются при скоростях передачи данных от 2400 бит/с до 4800 бит/с. PSK более эффективно использует ширину диапазона, чем FSK, но ее реализация значительно дороже. ASK наименее эффективна и используется только для очень низких скоростей передачи (менее чем 100 бит/с). Для скоростей от 9600 бит/с до 33600 бпт/с используется комбинация PSK и ASK, называемая квадратурной амплитудной модуляцией (QAM).

Международный комитет по телеграфной и телефонной связи (ITTC) (CCITT во Франции) установил стандарты и спецификации для модемов, которые приведены на рис. 9.2.

Задача проектирования высокоэффективных модемов состоит в том, чтобы достичь максимально возможной скорости передачи данных по телефонным сетям общего пользования и избежать расходов на использование частных телефонных линий. Стандарт V.90, рекомендованный CCITT, описывает дуплексный режим работы (одновременные передача и прием) модема, работающего в сети POTS. Спецификация V.90 предусматривает передачу данных с телефонной станции на модем абонента со скоростью 56 000 бит/с с использованием импульсно-кодовой модуляции (РСМ). Поток данных от абонента к телефонной станции регламентируется стандартом V.34, рассчитанным на скорость до 33 600 бит/с (QAM).

Упрощенная блок-схема аналоговых модемов стандарта V.90 показана на рис. 9.3. Как следует из нее, большая часть обработки сигналов выполняется в цифровой форме. И приемная, и передающая части модема используют множество различных алгоритмов для цифровой обработки сигналов, для эффективного выполнения которых вполне могут использоваться современные процессоры.

Последовательный поток данных, предназначенных для передачи, сначала скремблируется (т. е. осуществляется перемежение данных, изменение порядка следования) и кодируется. Скремблирование позволяет получить из входного потока данных псевдослучайную последовательность. Цель скремблирования состоит в том, чтобы привести спектр передаваемых данных к спектру белого шума. Без скремблирования длинная последовательность идентичных символов могла бы привести к неверному опознаванию приемником несущей. Скремблирование приближает спектр передаваемых сигналов к белому шуму, способствуя более эффективному использованию ширины диапазона канала, облегчая восстановление несущей и временную синхронизацию и делая возможным адаптивную подстройку и подавление эхосигнала.

Скремблируемый битовый поток разделяется на группы бит, и уже группы сначала подвергаются дифференциальному кодированию, а затем — сверточному кодированию.

После этого полученные символы отображаются в пространство сигналов QAM в соответствии со стандартом V.34. Отображение сигнала позволяет получить две координаты: одну для действительной части QAM-модулятора и одну для его мнимой части. В качестве примера можно привести рис. 9.4, где точками показана совокупность значений ("созвездие") I и Q. Таким образом четыре бита кодируются посредством одного символа. Такой вид квадратурной модуляции называется 16-QAM. Более сложные совокупности I и Q используются в модемах стандарта V.90, и фактический размер этой совокупности адаптивно изменяется и определяется в процессе обучения, или во время установления связи, когда модемы синхронизируют между собой режимы приема и передачи сигналов.

До модуляции цифровой импульс проходит через цифровые фильтры, подавляющие спектральные составляющие с частотой выше половины частоты дискретизации (частоты Найквиста), которые появляются в процессе формирования сигнала. Кроме того, эти фильтры имеют нули на соответствующих частотах для подавления межсимвольной интерференции.

Алгоритм QAM-модуляции может быть легко реализован с помощью современных DSP-процессоров. Алгоритм модуляции требует: доступ к значениям синусов или косинусов, входной символ (X- или Y-координата) и умножение. Параллельная архитектура семейства ADSP-21XX позволяет все три операции производить за один процессорный цикл.

С выхода цифрового модулятора сигнал поступает на ЦАП. После ЦАП сигнал пропускается через аналоговый НЧ-фильтр и выводится в двухпроводную телефонную линию для передачи по телефонной линии.

Приемник состоит из нескольких функциональных блоков: входного антиалайзингового фильтра и АЦП, демодулятора, адаптивного эквалайзера, декодера Витерби, подавителя эхо-сигнала, дифференциального декодера и дескремблера. Реализуемые в приемнике алгоритмы цифровой обработки требуют высокой скорости обмена данными с памятью при высокой вычислительной мощности. Семейство сигнальных процессоров ADSP-218X удовлетворяет этим требованиям, обеспечивая достаточный объем ОЗУ программ на кристалле (как для программ, так и для данных), ОЗУ данных на кристалле и скорость выполнения инструкции до 75 MIPS.

Антиалиазинговый фильтр и АЦП в приемнике должны иметь достаточно широкий динамический диапазон, позволяющий обрабатывать слабый сигнал на фоне более сильного эхо-сигнала. Полученный сигнал может иметь уровень -40 дБм, в то время как эхо-сигнал от входной гибридной схемы может достигать -6 дБм. Чтобы гарантировать отсутствие дополнительных погрешностей при приеме сигналов в таких условиях, аналоговый тракт приемника должен обеспечивать мгновенный динамический диапазон 84 дБ и отношение сигнал-шум 72 дБ.

Чтобы компенсировать амплитудные и фазовые искажения в телефонном канале, необходимо применение эквалайзера, позволяющего снизить уровень ошибок в битовом потоке. Быстрое изменение условий прохождения сигнала по телефонной линии требует адаптивной подстройки параметров эквалайзера, оговоренной в части стандарта V.90, относящейся к приемной части модема. Адаптивный эквалайзер может быть выполнен на основе цифрового КИХ-фильтра с адаптивно подстраиваемыми коэффициентами фильтрации в зависимости от текущего состояния линии.

Разделение между передаваемым и принимаемым сигналами в модемах стандарта V.90 реализовано с использованием системы подавления эхо-сигнала. Такое решение позволяет подавить оба вида эхо-сигнала и обеспечить надежную связь. Подавление эхо-сигнала достигается за счет вычитания ожидаемого уровня отраженного эха из фактически полученного сигнала. Ожидаемый уровень эхо-сигнала предсказывается посредством обработки переданного сигнала в адаптивном фильтре с передаточной функцией, эмулирующей телефонный канал. Адаптивный фильтр, обычно используемый в системах подавления эхо-сигнала, представляет собой цифровой фильтр с конечной импульсной характеристикой (такой выбор определяется высокой стабильностью и линейностью ФЧХ КИХ-фильтра). Величина отклика определяется алгоритмом наименьшей среднеквадратичной ошибки — так называемым LMS-алгоритмом, выполняемым в течение нескольких тестовых последовательностей сигналов до начала дуплексной связи.

Для расшифровки полученных данных чаще всего используется декодер Viterbi. Названный по имени изобретателя, Viterbi-алгоритм представляет собой наиболее универсальное средство для коррекции ошибок в потоке данных. Декодер Viterbi обеспечивает надежное исправления ошибок, затрачивая на исследование полученной битовой последовательности дополнительное время для определения наиболее вероятного ее значения, передаваемого в текущий момент времени. Декодирование по алгоритму Viterbi требует весьма интенсивных вычислений. Необходима запись предыстории для всех возможных символов, передаваемых в каждой символьной последовательности. В символьных последовательностях рассчитывается запаздывание по времени от каждого возможного полученного символа до символа, посланного некоторое время назад.

Символ, который имеет минимальное запаздывание по отношению к исходному сигналу, признается истинным декодированным символом. Полное описание декодера Viterbi и его реализация на базе семейства процессоров ADSP-21XX приведены в документации, поставляемой Analog Devices [2].

На рис. 9.5 приводится сравнение модемов стандартов V.34 и V.90.

Обратите внимание, что по стандарту V.34 (рис. 9.5, а) соединение осуществляется между двумя аналоговыми модемами. Это требует применения АЦП и ЦАП в передающих и приемных трактах, как показано на рисунке. Стандарт V.90 предусматривает использование полностью цифровых сетей и цифровых модемов, как показано на рис. 9.5, в. Можно заметить, что отказ от применения АЦП/ЦАП позволяет увеличить скорость приема данных до значений, превышающих 56 Кбит/с. В принимаемом аналоговым модемом стандарта V.90 потоке данных использована импульсно-кодовая модуляция со скоростью передачи 64 Кбит/с, которая является стандартной для всех цифровых телефонных сетей. Этот последовательный поток данных преобразуется посредством импульсно-амплитудной модуляции (РАМ) (8-bits, 8 kSPS) с помощью 8-разрядного ЦАП. Сигнал с ЦАП поступает на аналоговый модем в виде кода, принимающего значения из совокупности ("созвездия") в 256 значений, то есть приемник аналогового модема должен определить, какому из 256 возможных уровней сигнала соответствует символьная последовательность.

Стандарт V.90 позволяет увеличить скорость приема данных до 56 Кбит/с и скорость передачи данных до 33.6 Кбит/с (V. 34). Новый стандарт V.92 предусматривает скорость обмена до 56 Кбит/с в обоих направлениях.

Модемы удаленного доступа (RAS)

Быстрое развитие и интенсивное использование ресурсов Интернет приводит к тому, что количество желающих подключиться к сети Интернет намного превосходит возможности коммуникационного оборудования. Интернет-провайдеры (ISP), как например America On Line, предоставляет своим клиентам модемное оборудование для организации удаленного доступа к сети (домашний Интернет). Этот вид доступа к сети удаленного объекта называется удаленным доступом к сети (RNA). Для этих целей используется так называемое оборудование удаленного доступа к серверу (RAS), показанное на рис. 9.6.

Это оборудование включает в себя многопортовые модемы; каждый порт модема может использоваться различным пользователем. RAS может использовать аналоговые модемы, которые соединяются с телефонными линиями общего пользования (POTS), или цифровые модемы, которые являются совместимыми с цифровыми телефонными стандартами T1, E1, PRI или линиями BRI. Цифровые модемы используются в большинстве RAS-систем, поскольку они обладают большей эффективностью при числе портов 8 и более.

Оборудование доступа к сети позволяет отдельным пользователям, маленьким офисам и служащим, находящимся в командировках, соединяться с внутренними корпоративными сетями (Intranet) и Интернетом. Интернет-провайдеры для соединения пользовательских телефонных линий с сетями используют устройства, называемые концентраторами. Концентраторы также относятся к оборудованию RAS. Быстрый рост числа абонентов и интенсивное использование ресурсов Интернета и Интранета создали огромный спрос на модемное оборудование.

При организации удаленного доступа индивидуальных пользователей и небольших офисов (SOHO) желательно сначала объединить индивидуальные компьютеры в локальные вычислительные сети (LAN) или Интранет. Если оборудование удаленного доступа установлено в общей локальной вычислительной сети, то удаленные пользователи имеют доступ в сеть таким же способом, которым их компьютеры непосредственно связаны с LAN. Это позволяет им так же свободно работать в удаленных пунктах, как если бы они находились у себя дома или в офисе.

ИМС ADSP-21mod870 представляет своеобразный мост между голосовой аналоговой коммутируемой сетью и цифровой сетью с использованием IP протокола, как показано на рис. 9.7.

Высокоскоростной интерфейс ПДП и оперативная память большого объема на кристалле ADSP-21mod870 дают возможность гибкого приспособления к разнообразным задачам. Программное обеспечение ADSP-21mod870-100 может быть сконфигурировано для обработки запросов модема или работы с высокоскоростными цифровыми абонентскими линиями HDLC и цифровыми сетями ISDN. Поскольку ADSP-21mod870 представляет собой открытую платформу, пользователями могут быть назначены любые другие функции. Например, передача голосовых и факсимильных сообщений через Интернет. В этих приложениях ADSP-21mod870 позволяет пользователям голосовых сетей избежать расходов, связанных с передачей вызовов по IP сетям. В ADSP-21mod870 применено 16-разрядное вычислительное ядро с фиксированной точкой ADSP-218X, что сохраняет полную программную совместимость с другими представителями семейства ADSP-21XX.

Поскольку число удаленных пользователей сети быстро растет, коммутационной емкости центральной телефонной станции зачастую оказывается недостаточно. Особенно сложная ситуация складывается, когда тысячи вызовов коммутируются на один объект (POP). Для устранения этих узких мест RAS-оборудование может быть расположено вне объекта доступа POP, непосредственно на телефонной линии, как показано на рис. 9.8.

Когда RAS-оборудование расположено на коммутационной станции, запросы данных могут быть отделены от телефонных вызовов, снимая напряженную обстановку на телефонной линии. RAS-оборудование, интегрированное в коммутационное оборудование, часто называют оборудованием удаленного доступа на базе переключателей. В отличие от RAS-систем, не интегрированных в коммуникационное оборудование, RAS-оборудование на базе переключателей может отделить запросы данных от телефонных вызовов до связи с магистральными линиями.

Чтобы удовлетворить потребности различных пользователей удаленного доступа, в сети развиваются несколько типов RAS-оборудования. RAS-оборудование может быть нескольких видов. RAS-концентраторы объединяют модемный пул с маршрутизатором в самостоятельный блок. NT-сервер RAS использует платформы рабочих станций Windows NT для выполнения функций маршрутизации с помощью модемного пула, выполненного в виде платы расширения на шины PCI или ISA. RAS-оборудование на переключателях интегрирует модемный пул непосредственно в линейное оборудование коммутационных систем. Эти две основные разновидности RAS-оборудования обслуживают различные потребности конечных пользователей. Местные операторы телефонной связи (LEC) могут воспользоваться преимуществами RAS-оборудования на переключателях для снижения нагрузки на коммуникационные сети. Интернет-провайдеры используют RAS-концентраторы для коллективных запросов большой группы абонентов для подключения к Интернету. Крупные корпоративные клиенты также используют RAS-концентраторы для объединения индивидуальных пользователей в локальную сеть или Intranet. Небольшие офисы и индивидуальные пользователи (SOHO) могут использовать RAS на основе недорогого NT-сервера для поддержки удаленного доступа, организации местной сети, и других телекоммуникационных нужд.

ADSP-21mod870-npoцeccop цифрового модема — первый полностью цифровой RAS- модем на одном кристалле. Он полностью совместим со стандартами передачи данных — V.34/56 К и V.42/V 42 bis, имеет 16-разрядный порт ПДП для загрузки программного обеспечения, обеспечивает прямой интерфейс с потоками Т1/Е1 через последовательный порт с разделением доступа по времени (TDM), имеет 160 Кбайт ОЗУ на кристалле, потребляет мощность 140 мВт при напряжении питания + 3,3 V и выпускается в 16 мм TQFP-корпусе. Небольшие размеры и высокая эффективность ADSP-21mod870 позволит Интернет-провайдерам в четыре раза увеличить количество портов в пределах существующего парка модемов. Кроме того, уникальная способность чипа поддерживать любой протокол на любом порте позволяет улучшить обслуживание пользователей Интернета и уменьшить эксплуатационные расходы.

Представитель семейства цифровых модемов от ADI процессор ADSP-21mod870 — это не только сама микросхема, но и программное обеспечение и сервисное обслуживание. ADI является одной из немногих компаний, способных предложить комплексное решение задачи создания систем удаленного доступа. На таких же условиях поставляются ADSP-21mod970 (шестиканальный модем, 31мм BGA-корпус) и ADSP-21mod980 (восьмиканальный модем в 35 мм BGA-корпусе).

Многоканальная интернет-телефония (VOIP)

Семейство ADSP-218X может эффективно использоваться в многоканальных системах Интернет-телефонии (типа RAS/VOIP серверов и шлюзов), благодаря высокой производительности и внутрикристальной памяти большого объема. Типовая система на базе ADSP-218X показана на рис. 9.9. Программируемый характер архитектуры DSP позволяет строить на их базе гибкие системы, реализующие алгоритмы кодирования речи в дополнение к базовым функциональным возможностям телефонии.

ADSP-2188M — представитель семейства 218х, обладающего самой высокой степенью интеграции (более 2 Мбит внутрикристальной SRAM). Высокий уровень интеграции в сочетании с высокой производительностью (75 MIPS) позволяет поддерживать до шести голосовых каналов на каждый сигнальный процессор (в зависимости от выбранного кодера).

Асимметричные цифровые линии стандарта ADSL

Благодаря росту популярности во всем мире сети Интернет, ее пользовательский трафик характеризуется высоким уровнем загрузки. В исследовании, недавно проведенном "Уолл-Стрит джорнал", сообщается о 58 миллионах пользователей сети Интернет только в Соединенных Штатах и Канаде. Исследовательские фирмы предсказывают дальнейший рост пользовательского трафика, так как все больше людей приобретают компьютеры и используют Интернет для бизнеса, научных и развлекательных целей.

Если не принимать мер по усовершенствованию путей доступа в Интернет, то, в конечном итоге, рост пользовательского трафика приведет к превышению пропускной способности телефонных сетей общего пользования (PSTN). Пользователям Интернета приходится тратить много времени даже на загрузку простых текстовых Веб-страниц, особенно с 8:00 до 18:00 часов в рабочие дни, когда количество вызовов и трафик максимальны. Проблема существенно усугубляется при просмотре сложных графических сайтовы, загрузке новых видеоклипов и музыкальных файлов или пользовании другими типами мультимедиауслуг, доступных через Интернет.

Традиционные аналоговые модемы и технология коммутации потоков по телефонным линиям уже не удовлетворяют сегодняшним требованиям. Если предположить, что в сети практически отсутствуют задержки, то загрузка 10-мегабайтного четырехминутного аудио/видеофайла занимает приблизительно 95 минут при использовании аналогового модема со скоростью связи 14,4 Кбит/с, 45 минут при использовании 28,8 Кбит/с модема и 25 минут при использовании 56 Кбит/с модема. Длительные сеансы обмена данными связывают телефонные системы, первоначально разработанные для коротких (трехминутных) голосовых сообщений, и коммутаторы, рассчитанные на девятиминутное соединение линий в часы пик. Часто ли Вам приходится пользоваться Интернетом в течение 10 минут или меньше? Одним из выходов из сложившейся ситуации является использование технологии ADSL (асимметричная цифровая абонентская линия).

ADSL представляет собой новую технологию высокоскоростной цифровой коммутации и маршрутизации и обработки сигналов. Внедрение этой технологии обещает привести к устранению узких мест обычных сетей и к обеспечению достаточной пропускной способности линии. Впервые разработанная еще в 1994 году, технология ADSL предоставляет огромную пропускную способность, необходимую для интерактивных игр, мультимедиа-сервиса и услуг video-on-demand. Эти области применения, наряду с видеоконференциями, системами дистанционного обучения и интерактивными магазинами, являются одними из самых быстроразвивающихся. Поскольку люди во всем мире все больше и больше привлекают для электронной коммерции средства Интернета, потребность в высокоскоростном доступе к ресурсам сети становится все более насущной проблемой.

ADSL может передавать данные по обычным телефонным линиям почти 200 раз быстрее, чем самые современные модемы, и в 90 раз быстрее, чем системы ISDN. Проведенные ранее по всему миру испытания и тесты дали многообещающие результаты. В то время как GTE и другие крупные телефонные компании начинают развертывать ADSL-системы в некоторых регионах США и за границей, другие стремятся сразу использовать оборудование на базе ADSL как системный стандарт и в 1999 году и начинают массовое производство модемов.

Учитывая техническую сложность систем ADSL, фирм-производителей микросхем для подобных систем можно пересчитать по пальцам. Analog Devices — одна из таких компаний, к тому же являющаяся пионером в этой области, изготовившим первый полнофункциональный комплект ADSL еще в 1997 году. Сторонники стандарта ADSL по достоинству оценили высокую скорость микросхемы AD20msp910 и ее возможности.

Вскоре усовершенствованная технология обработки многотоновых дискретных сигналов (DMT), использованная в AD20msp910, была одобрена наиболее влиятельными международными комитетами промышленных стандартов (ANSI, ETSI и ITU). Сегодня Analog Devices гордится наличием первого промышленного решения на основе этого стандарта, самой большой клиентской базой и самым большим на сегодняшний день количеством внедрений компонентов в аппаратуру по сравнению с другими производителями электронных компонентов.

ADSL привлекательна по следующим причинам:

• Высокая скорость ADSL. Видеоклип размера 10 МБ, для загрузки которого необходимо 90 минут при использовании обычного модема, с помощью модема ADSL будет загружен за 10 секунд. Сверхскоростные ADSL-модемы могут передать данные со скоростью 8 мегабит в секунду.

• Легкость установки ADSL. Используются существующие телефонные линии на основе медной витой пары от центральной коммутационной станции до дома или офиса абонента. Практически не требуется никакой модернизации каналов связи.

• Рентабельность ADSL. Переход на новый стандарт не требует существенной перестройки существующей инфраструктуры телефонной сети.

• Жизнеспособность ADSL. Отсутствуют трудности, которые привели бы к остановке внедрения быстродействующих волоконных сетей в домашний обиход (такие как высокая стоимость и сложность прокладки). ADSL работает с существующими телефонными сетями общего пользования (POTS). Высокоскоростной обмен данными может происходить одновременно с телефонными вызовами и передачей факсимильных сообщений.

В отличие от других технологий высокоскоростной передачи данных, ADSL не требует замены проводов на участке сети между абонентом и коммутационной станцией. Хотя длина этого участка обычно не превышает 3,5–5,5 км, тем не менее возможность работы с традиционной медной витой парой является весьма выгодной. Но организация ADSL требует установки нового оборудования на центральные коммутационные станции. Однако технология, используемая для переоборудования коммутационных станций, широко распространена в модемах персональных компьютеров и в домашних блокираторах, что обеспечивает "взаимопонимание" используемого оборудования. Упрощенная блок-схема ADSL-системы показана на рис. 9.10.

Использование сложных методов обработки цифрового сигнала позволяет ADSL-модемам передавать поток данных с максимально возможной для медных проводников скоростью, полностью используя доступный частотный диапазон канала связи. Как уже отмечалось выше, канал телефонной сети имеет полосу частот 4 кГц, но полоса в 4 кГц предназначена только для аналоговой голосовой передачи. При использовании ADSL физическая связь между домом и местной коммутационной станцией (LEC) осуществляется по обычному медному проводу на несущей 1 МГц.

ADSL использует часть диапазона, не применяемого для голосовой связи. По существу, это позволяет разделить полосу 1 МГц на три информационных канала: один быстродействующий входящий канал, один дуплексный (upstream/downstream) канал со средней скоростью передачи, и один обычный голосовой канал. (Нисходящий (downstream) поток данных направлен от телефонной станции к клиенту, а исходящий (upstream) — от клиента к станции).

В дополнение к обеспечению высокой пропускной способности, ADSL сохраняет возможность использования жизненно важных при чрезвычайных ситуациях голосовых каналов. Наличие трех независимых каналов позволяет абонентам посылать электронную почту, загружать видеофайл и говорить по телефону в одно и то же время. С помощью такого телекоммуникационного оборудования можно организовать доступ к локальной корпоративной сети и одновременнопроводить видеоконференцию с клиентом. Фактически, ADSL обеспечивает достаточную пропускную способность для обработки четырех независимых каналов сжатого по стандарту MPEG видео без нарушений работы телефона.

Большинство Интернет-приложений требует разной пропускной способности по входящим и исходящим потокам. Другими словами, пользователи гораздо чаще принимают потоки информации, чем отправляют их. Это характерная особенность связи через Интернет, при которой читается больше электронной почты, чем посылается, загружается большее количество видеоинформации, чем создается. Исходящий поток данных пользователя, как правило, ограничивается посылкой команд или передачей маленьких файлов данных на сервер. Намного больший поток информации направлен от серверов к пользователю. ADSL был разработан специально для использования этого различия в пропускной способности. Он обеспечивает скорость передачи данных от сети к абоненту более 8 Мбит/с (downstream) и до 640 Кбит/с при передаче данных от абонента к сети (upstream).

Для телефонных компаний развитие ADSL может стать средством снижения перегрузки сетей, вызванной стремительным развитием Интернета. Если телефонная компания надеется закрепиться на рынке Интернет-услуг, она не может довольствоваться оборудованием для коротких голосовых вызовов. Средний голосовой вызов длится приблизительно три минуты. Согласно проведенному в 1997 году исследованию Bellcore (научно-исследовательская лаборатория, финансируемая местными телефонными компаниями США, одна из пяти находящихся в подчинении Федеральной Комиссии по Коммуникациям), средний Интернет-запрос длится более 20 минут. Журнал Telephony уже в 1994 году констатировал, что почти 20 процентов всех онлайновых связей продолжаются больше часа. Компании, продающие услуги проводной связи, такие как Media One (северо-восток США), запрашивают стабильную цену для интернет-пользователей. Такие "широкополосные" клиенты могут пользоваться всеми услугами Интернет 24 часа в сутки всего за $40 в месяц.

Использование других технологий передачи данных по телефонным сетям PSTN требует значительных материальных и временных затрат. Например, замена медной сети оптоволокном является весьма дорогостоящим решением. Промышленные экспертные группы считают, что стоимость создания волоконно-оптической сети обойдется каждому абоненту приблизительно в $1500. Замена существующих медных линий 560 миллионам абонентов во всем мире обойдется по самым скромным прогнозам в 750 миллиардов долларов.

ADSL-оборудование, напротив, очень просто в установке. Для организации ADSL-канала необходимы только два модема, по одному на каждый конец витой пары телефонной линии. Один модем располагается дома у абонента. Другой модем (обычно модемная стойка с сетевыми картами) расположен в центральном офисе местной телефонной компании. Упрощенная структура коммутаций показана на рис. 9.10.

На стороне клиента ADSL-модем может либо находиться внутри компьютера, либо соединяться с сервером локальной сети, а также с телефоном п/пли факсом. Телефонная линия на медной витой паре связывается со специальным разделителем на центральной телефонной станции. На центральной станции, где расположены коммутаторы и модемные стойки, разделитель позволяет выделить из сигналов телефонной линии голосовые сигналы и сигналы данных. Голосовые вызовы направляются коммутаторами центральной станции по общей телефонной сети. Поток данных пересылается через переключатель Ethernet и маршрутизатор по быстрому каналу связи (например, 155 Мбит/с ОС-3) к Интернет-провайдеру.

Ключом к повышению скорости передачи данных по стандарту ADSL является использование усовершенствованной цифровой обработки сигналов. Применение удачных аналоговых решений и сложных алгоритмов цифровой сигнальной обработки позволило Analog Devices воплотить в жизнь первое поколение комплектов ИМС для модемов стандарта ADSL — AD20msp910 (см. рис. 9.11). Комплект AD20msp910 имеет три отличительные особенности, которые особенно важны при разработке модемов на их базе:

• Функционально наиболее законченное решение на рынке.

• Полная совместимость с промышленными стандартами ANSI, ETSI и ITU.

• Совместимость почти со всеми DLC-системами и изготовителями модемов.

Решение на базе AD20msp910 включает в себя как аппаратные средства, так и программное обеспечение. Оно интегрирует интерфейс DSP с host-процессором, драйвер линии, управляющее программное обеспечение и технологию DMT. Микросхемы других производителей реализуют функции только отдельных узлов модема. Использование комплекта AD20msp910, выпуск которого начат в 1997 году, ускоряет и упрощает развитие ADSL-модемов для высокоскоростного доступа в Интернет и мультимедиауслуг. Второе поколение комплектов AD20msp918, кроме того, включает в себя поддержку функциональных возможностей ATM, имеет повышенную производительность и обеспечивает передачу ADSL по ISDN-сетям для Европейского рынка. Оба комплекта ИМС полностью совместимы со всеми стандартами (ANSI Т1.413 Issue 2, ETSI TR328, ITU G.dmt and ITU G.lite for splitterless) и при этом являются законченными изделиями, т. е. включают в себя микроконтроллеры и библиотеки функций.

Теперь на очереди стоит третье поколение комплектов ИМС Analog Devices для модемов ADSL — AD20msp930, — позволяющее изготовителям модемов снизить затраты времени и ресурсов на разработку. Для ускорения и упрощения процесса разработки Analog Devices поставляет всю необходимую информацию о сопряжении интегральной микросхемы с персональным компьютером, о схемотехнических решениях и типовых схемах включения. В результате изготовители модемов могут сосредоточить усилия на развитии многофункциональности своей продукции, дополняя стандартные возможности технологии ADSL-модемов.

Цифровые сотовые телефоны

В начале 90-х годов группой GSM (Global System for Mobile Communications) был представлен в Европейских странах стандарт цифровой сотовой телефонии. Необходимость перехода на цифровые стандарты, обусловленная перегруженностью аналоговых сотовых сетей, таких как AMPS (Advanced Mobile Phone Service), привела к тому, что другие страны, в том числе США, приняли различные цифровые стандарты.

Ограничения, присущие аналоговым сотовым системам, хорошо известны. Примерами могут служить блокирование вызовов в часы-пик, неверные соединения и отбои при быстро следующих вызовах, недостаточная защищенность от прослушивания, ограниченная скорость передачи данных.

Базовая конфигурация сотовой системы показана на рис. 9.12. Область разбита на ячейки, каждая из которых имеет собственную базовую станцию и собственную группу выделенных частот. Благодаря небольшому радиусу каждой ячейки (примерно 16 км), могут использоваться приемники и передатчики низкой мощности.

Сотовая система позволяет повторно использовать частоты, выделенные для одних ячеек, для связи внутри других, достаточно удаленных ячеек без паразитной интерференции. Базовые станции должны быть связаны воедино, а также с центральной управляющей сетью таким образом, чтобы вызов может быть переадресован другой ячейке, если уровень сигнала от мобильного объекта становится слишком низким для вызова текущей ячейки.

Частотный спектр, выделенный для аналоговой сотовой связи (AMPS), в Соединенных Штатах занимает две полосы: приблизительно от 825 до 850 МГц и от 870 до 895 МГц. Обычная архитектура (и аналоговых, и цифровых систем) предусматривает поканальное разделение. Полный спектр разделен на большое количество относительно узких каналов, определяемых частотой несущей. Несущая частота модулируется голосовым сигналом с использованием аналоговых методов. Каждый дуплексный канал связи требует наличия двух частотных каналов с шириной диапазона приблизительно 30 кГц. Пользователю назначаются обе частоты на время вызова. Прямой и обратный каналы разделены по времени, что позволяет эффективно разделять функции приема/передачи. Ширина диапазона для несущих "А" или "В", обслуживающих отдельный район составляет 12,5 МГц (416 каналов, каждый шириной 30 кГц). Поддерживается только один вызов в каждый момент времени по каждому каналу.

Организация многоканального доступа с временным разделением (TDMA) позволяет выделить полосу частот на основании информации о свободном в данный момент канале. В Соединенных Штатах система TDMA выделяет полный канал 30 кГц для индивидуальной передачи только на короткий период времени. Схема мультиплексирования 3:1 позволяет в рамках той же полосы частот, что используется для аналоговой сотовой связи, разместить три канала связи с использованием технологии TDMA. Каждая передаваемая / принимаемая последовательность укладывается в короткие интервалы времени по 6,7 мс. TDMA-система основана на широком использовании DSP-технологий для уменьшения битрейта голосовых данных и подготовки цифровых данных к передаче по аналоговым каналам связи. Используемый в системах TDMA подход также был выбран для GSM-систем и будет рассмотрен ниже более подробно.

Второй цифровой стандарт, используемый в Соединенных Штатах, называется множественным доступом с разделением кодов (CDMA). Эта техника использовалась в защищенных военных коммуникациях на протяжении долгого времени под названием расширенного спектра (spread spectrum). В ней передатчик передает частотно-модулированную псевдослучайную последовательность в относительно широком частотном диапазоне. Приемник имеет доступ к той же самой случайной последовательности и может декодировать данные. В результате подключения дополнительных пользователей к системе уменьшается суммарное отношение сигнал-шум для всех пользователей. При использовании этого стандарта превышение количества запросов над допустимым уровнем должно повысить число ошибочных битов у всех пользователей. Дальнейшее увеличение количества вызовов приводит к постепенному росту взаимного влияния каналов до тех пор, пока процесс в некоторой области не станет саморегулирующимся, т. е. качество голосовой связи станет настолько плохим, что пользователи будут вынуждены сократить время вызова или отказаться от дополнительных звонков. Никто никогда не блокируется в обычном смысле, как это происходит в FDMA или TDMA-системах, когда все каналы или временные интервалы перегружены.

В обеих цифровых системах — TDMA и CDMA — широко применяются алгоритмы цифровой обработки сигналов для сжатия и подготовки речевых сигналов к передаче. В приемнике методы ЦОС используются для демодуляции и декодирования сигналов речи.

В настоящее время в США используются и аналоговые и цифровые системы. Во многих случаях аналоговые и цифровые системы должны сосуществовать в пределах одной области и зоны обслуживания. Такой подход вызывает необходимость поддержания сотовой базовой станцией и аналоговых, и цифровых форматов, подразумевая широкое использование цифровых методов при построении базовых станций, что существенно упрощает оборудование.

Заключительная часть этой главы посвящена обработке речи и канальному кодированию, связанному со стандартом GSM. Эти приложения иллюстрируют фундаментальные принципы, которые применимы ко всем мобильным цифровым системам.

СТАНДАРТЫ ЦИФРОВОЙ МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ

• Многоканальный доступ с частотным разделением (FDMA) — пользователи системы получают отдельные участки спектра

• Многоканальный доступ с временным разделением (TDMA) — сигналы для различных пользователей передаются в разные моменты времени (емкость канала приблизительно в три раза выше, чем при FDMA) — стандарт GSM является примером TDMA

• Многоканальный доступ с кодовым разделением (CDMA) — основан на технологии распределенного спектра — увеличение числа пользователей приводит к незначительному увеличению числа ошибок за единицу времени

• В технологиях TDMA и CDMA широко используются цифровые сигнальные процессоры для кодирования речи и канальном кодировании при приеме и передаче

Рис. 9.13

Система GSM

На рис. 9.14 приведена упрощенная блок-схема цифровой сотовой телефонной системы GSM. Голосовой кодер/декодер и дискретная передаточная функция будут описаны более подробно. Передающая и приемная части системы включают в себя цифровой модем, подобный описанным выше. Отличия только в том, что схожие функции, например, эквализация, сверточное кодирование, Viterbi-декодирование, модуляция и демодуляция, реализуются в цифровой форме.

Стандарт кодирования голоса был впервые использован в цифровой передающей системе T-Carrier. В этой системе речь подвергается 8-разрядному логарифмическому кодированию с частотой выборки 8 kSPS. 8-разрядное логарифмическое кодирование и декодирование эквивалентны линейному кодированию и декодированию с 13-разрядным разрешением. Результирующий битрейт равен 104 Кбайт/с. Используемые в большинстве телефонов 16-разрядные сигма-дельта АЦП обеспечивают эффективный битрейт 128 Кбайт/с. Речевой кодер, входящий в состав GSM-систем, сжимает сигнал речи до битрейта 13 Кбайт/с, а на приемной стороне декодер восстанавливает исходный сигнал. Речевой кодер основан на усовершенствованном алгоритме линейного прогнозирующего кодирования (LPC). LPC-алгоритм использует модель человеческого голосового тракта, которая представляет гортань в виде ряда концентрических полостей-цилиндров различного диаметра и с различной резонансной частотой. Эта модель может быть математически представлена в виде систем уравнений, описывающих свойства каждой полости-цилиндра.

Сигнал возбуждения пропускают через полости-цилиндры, генерируя выходной сигнал. В человеческом организме сигнал возбуждения генерируется с помощью воздушных колебаний голосовых связок или сокращений голосового тракта. В цифровой системе сигнал возбуждения представляет собой ряд импульсов, моделирующих колебания связок, и шум, моделирующий сокращения. Этот сигнал поступает на решетчатый цифровой фильтр. Каждый коэффициент фильтра отображает размер цилиндра.

LPC-система характеризуется числом цилиндров, которые использованы в модели. В системе GSM используются восемь цилиндров и, соответственно, должны генерироваться восемь моделирующих коэффициентов.

Использовавшиеся ранее LPC-системы обеспечивали качество, достаточное лишь для того, чтобы разобрать кодируемую речь без распознавания голоса говорящего. Качество зачастую было слишком низким. В LPC-системе стандарта GSM используются два усовершенствованных метода, которые улучшают качество кодируемой речи. Это методы регулярного импульсного возбуждения (RPE) и долговременного предсказания (LTP). Их применение позволяет получить результирующее качество кодируемой речи, почти эквивалентное результатам логарифмической импульсно-кодовой модуляции (сжатая ИКМ, как в системе T-Carrier).

На вход речевого кодера поступает серия 16-разрядных отсчетов голосовых данных в виде равномерной ИКМ с тактовой частотой 8 кГц. Речевой кодер оперирует с блоками по 20 мс (160 отсчетов) и трансформирует их в 76 коэффициентов (в сумме 260 бит), за счет чего битрейт уменьшается до 13 Кбайт/с.

Режим прерывистой передачи (DTX) позволяет отключать передачу во время пауз между словами. Такой подход позволяет уменьшить мощность, потребляемую передатчиком, и увеличить полную емкость GSM-системы.

Низкая потребляемая мощность продлевает жизнь батарей в телефоне и является важной особенностью для переносных портативных телефонов. Она способствует увеличению максимально возможного количества вызовов за счет снижения межканальной интерференции, позволяя более эффективно использовать выделенный частотный спектр. В обычном разговоре каждый абонент говорит менее 40 % времени, и приблизительные оценки показали, что использование DTX может удвоить максимальное количество вызовов системы мобильной связи.

В передатчике размещается голосовой датчик (VAD). Его задача состоит в выделении речи из шумового фона и в игнорировании шума без речи. Входным массивом для голосового датчика является набор параметров, вычисленных речевым кодером. VAD использует эту информацию для принятия решения: содержит или не содержит речь каждый блок по 20 мс, поступающий на кодер.

Генератор "комфортного" шума (CNI) встраивается в приемник. "Комфортный" шум вырабатывается во время строба паузы, когда алгоритм DTX выключает передатчик; этот шум подобен по амплитуде и спектру фоновому шуму в передатчике. Цель генерации CNI состоит в подавлении неприятного эффекта переключения между речью на фоне шума и тишиной. Если сигнал принимается без системы CNI, то слышно быстрое чередование речи на фоне интенсивного шума (например, автомобиля) и тишины. Влияние подобного эффекта значительно уменьшает разборчивость речи.

Когда задействован шумовой генератор DTX, каждый передаваемый голосовой пакет перед отключением передатчика сопровождается блоком данных, описывающих параметры шумового фона (SID). Этот блок данных служит маркером окончания передачи речи для приемной стороны. Он содержит характерные параметры фонового шума в передатчике, например, информацию о спектре, полученную с помощью линейного прогнозирующего кодирования.

Блок данных SID используется генератором "комфортного" шума приемника для синтеза цифрового фильтра, который, при возбуждении его псевдослучайным шумом, генерирует отклик, подобный фоновому шуму в передатчике. Этот "комфортный" шум вставляется в паузы между получаемыми голосовыми пакетами. Параметры шума обновляются через равные промежутки времени с помощью передаваемых во время речевых пауз SID-пакетов.

Для обнаружения и коррекции ошибок в приемнике, процессор добавляет в поток данных служебные биты, за счет чего выходной битрейт кодера увеличивается до 22,8 Кбит/с. Биты в пределах одного блока равномерно перемешиваются со служебными битами псевдослучайным образом, повышая тем самым помехоустойчивость системы.

ТЕЛЕФОНЫ СТАНДАРТА GSM, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ПРОЦЕССОР ОБРАБОТКИ SOFTFONE™ И КОМПЛЕКТ МИКРОСХЕМ РАДИОКАНАЛА OTHELLO™

Компания Analog Devices недавно анонсировала два новых комплекта микросхем, которые имеются в большинстве телефонов стандарта GSM. Комплект SoftFone™ выполняет функции предварительной цифровой обработки, в то время как набор микросхем радиоканала Othello ™ оперирует с радиочастотными сигналами.

Первоначально под GSM были выделены частотные диапазоны от 890 МГц до 915 МГц для мобильных передатчиков и от 935 МГц до 960 МГц для мобильных приемников. Другие частотные диапазоны были выделены для расширения емкости GSM систем за счет диапазона цифровой коммуникационной службы (DCS) от 1710 МГц до 1785 МГц и от 1805 МГц до 1880 МГц. Все страны, использующие стандарт GSM, применяют одну из этих двух пар частот. В Соединенных Штатах эти диапазоны были выделены FCC. В середине 90-х годов в Соединенных Штатах под GSM был выделен еще один пакет частот: от 1850 МГц до 1910 МГц и от 1930 МГц до 1990 МГц.

Благодаря распределению частот в GSM-системах других стран (за пределами США), большинство телефонов GSM должно поддерживать обработку обоих частотных диапазонов: и GSM, и DCS. Комплекты SoftFone и Othello включают в себя все главные функции, необходимые для реализации двух- или трехдиапазонных сотовых телефонов GSM. Комплект ИМС AD20msp430 SoftFone™ интегрирует всю низкочастотную часть GSM-телефона. Этот комплект низкочастотной обработки использует комбинацию спецификаций GSM-систем и усовершенствованной технологии аналоговой и цифровой обработки сигналов, что устанавливает новый стандарт качества GSM/GPRS-терминалов.

Архитектура SoftFone полностью основана на использовании быстродействующей оперативной памяти. Программное обеспечение загружается из FLASH-памяти и из ОЗУ на кристалле и направляется на выполнение. Такое решение способствует оперативному развитию системы, поскольку не требует замены жесткой логики. Кроме того, программное обеспечение телефона легко обновляется, что позволяет расширять его функциональные возможности. При использовании в комбинации с комплектом "Othello" от Analog Devices схема полнофункционального многодиапазонного телефона содержит менее 200 компонентов. Она умещается на односторонней РСВ-плате площадью 20 см² и имеет общую материалоемкость на 20–30 % ниже, чем предыдущие разработки. Упрощенная блок-схема телефона показана на рис. 9.15.

Микросхема AD20msp430 выполняет функции двух микросхем: AD6522 — процессора предварительной обработки на базе DSP и AD6521 — голосового кодека. Применение модуля AD20msp430 вместе с микросхемой радиоканала "Othello" позволяет существенно сократить число компонентов и материалоемкость (ВОМ) телефонов и терминалов данных стандарта GSM. Программное обеспечение и аппаратные средства AD20msp430 уже достаточно давно успешно интегрируются в телефоны GSM.

Это уже четвертое поколение комплектов стандарта GSM, разработанных Analog Devices, каждое из которых было по достоинству оценено многочисленными сетевыми операторами и разработчиками телефонов. Каждое новое поколение обладало новыми функциональными возможностями, в то время как стоимость и энергопотребление комплектов неуклонно снижались. Новый комплект AD20msp430 имеет большое число дополнительных энергосберегающих функций, способствующих значительному снижению суммарной потребляемой мощности. Такое решение позволяет снизить ток потребления в режиме stand-by до 1 мА. Это дает возможность использовать телефон в таком режиме с одной зарядкой аккумуляторов более 1000 часов. В реализованной в AD20msp430 архитектуре SoftFone™ все программное обеспечение находится в FLASH-памяти или ОЗУ. Поскольку ПЗУ не используется, процесс обновления функций значительно сокращается во времени. Базовый двухдипазонный GSM-терминал, как правило, требует наличия только одного корпуса FLASH-памяти емкостью 8 Мб.

Комплект AD20msp430 включает в себя два процессора. Процессор цифровой сигнальной обработки выполнен на базе ядра ADSP-218X, использовавшегося в предыдущих поколениях GSM-комплектов и имеющего производительность 65 MIPS. Этот DSP выполняет функции речевого и канального кодирования, которые были рассмотрены выше. Кодек AD6521 содержит в себе все цепи аналоговой и смешанной обработки. Он содержит канал записи/чтения АЦП и ЦАП, высокоэффективный многоканальный речевой кодек и несколько дополнительных АЦП и ЦАП для систем АРУ (AGC), АПЧ (AFC) и управления мощностью передатчика. Микроконтроллер ARM7 стандарта TDMI имеет тактовую частоту 39 МГц. МК ARM7 отвечает за формирование пакетов протокола передачи данных и функции человеко-машинного интерфейса. Оба процессора успешно используются в области цифровых беспроводных приложений.

Комплект AD20msp430 полностью поддерживается набором средств разработки и программным обеспечением. Средства разработки позволяют легко сконфигурировать программы DSP и/или микроконтроллера ARM, что дает возможность производителям телефонов и терминалов стандарта GSM оптимизировать функциональные возможности и пользовательский интерфейс под конкретное оборудование. Программное обеспечение, разрабатываемое партнером Analog Devices — компанией ТТРСом, — включает в себя библиотеки для обработки как данных, так и голоса, и постоянно обновляется, расширяя функциональные возможности. Система организации прямого доступа в память и контроллеров прерываний разработана с учетом возможности легкой модернизации при переходе к последующим поколениям сигнальных процессоров и микроконтроллеров. Интерфейс дисплея может оснащаться как параллельным, так и последовательным интерфейсом. Время разработки системы на базе AD20msp430 можно значительно сократить с помощью отладчика, входящего в комплект поставки. Наиболее критичные сигналы могут быть разбиты с помощью управляющего программного обеспечения [2]. Это позволяет проводить отладку системы на заключительном этапе ее создания. Кроме того, архитектура включает в себя высокоскоростное регистрирующее устройство и функции отслеживания адреса в DSP, а также однопроводную трассировку/отладку в ARM-контроллере.

Компания Analog Devices недавно анонсировала новый комплект микросхем радиоканала прямого преобразования Othello™ для мобильных приложений. Благодаря отсутствию каскадов промежуточной частоты (IF), этот комплект интегральных микросхем позволяет производителям мобильной электроники снизить размеры и стоимость модулей радиоканала и повысить гибкость за счет мультистандартности и многорежимности. Комплект микросхем радиоканала состоит из двух интегральных схем: трансивера прямого преобразования AD6523 и многодиапазонного синтезатора частот AD6524.

AD6523 реализует все основные функции приемника прямого преобразования и прямого VCO-передатчика, называемого Virtual-IF-передатчиком. Микросхема также содержит блок генерации с внутренним осциллятором и полнофункциональным внутрикристальным регулятором, который подает питание на все активные цепи радиоканала. AD6524 представляет собой N-fractional синтезатор с чрезвычайно малым временем переключения, необходимым для передачи данных с помощью сотовых телефонов, в частности — для высокоскоростной коммутации данных (HSCSD) и службы передачи радиопакетов (GPRS).

Современные цифровые сотовые телефоны имеют, по крайней мере, один каскад преобразования частоты в сигнальной цепи. Это преобразование частоты позволяет перевести принимаемый сигнал из выделенного стандартного радиочастотного диапазона (скажем, 900 МГц) на более низкую промежуточную частоту (IF), где селектор канала выполняется на базе узкополосного полосового фильтра выбора канала (как правило, на поверхностно-акустических волнах (SAW) или керамике). Далее отфильтрованный сигнал подвергается дальнейшему преобразованию либо во вторую промежуточную частоту, либо сразу детектируется, затем оцифровывается и демодулируется в цифровом сигнальном процессоре. На рис. 9.16 показано сравнение этой супергетеродинной архитектурой с супергомодинной ™ архитектурой приемника Othello.

Идея использования непосредственного преобразования частоты в приемниках достаточно долго пользовалась вниманием разработчиков радиочастотных трактов. Причина очевидна: каскады преобразования увеличивают стоимость, размеры и вес пользовательского оборудования. Каждый каскад требует наличия локального генератора (часто включающего частотный синтезатор для точной настройки на заданную частоту), смесителя, фильтра и, возможно, усилителя. Учитывая все это, привлекательность приемников прямого преобразования не удивляет. Отсутствие промежуточных каскадов позволяет сократить стоимость, габариты и вес приемника.

Комплект микросхем Othello™ также позволяет дополнительно сократить число внешних компонентов за счет интеграции внешнего интерфейса GSM с малошумящим усилителем (LNA). Такое решение дает возможность обойтись без радиочастотного фильтра зеркальной частоты ("зеркального" фильтра), который необходим для подавления паразитной зеркальной частоты или продуктов интерференции сигналов смесителя и малошумящего усилителя. Этот каскад обычно выполняется на ключевом транзисторе с цепью смещения и соответствующей обвязкой, что в сумме выражается приблизительно в 12 компонентах. Включение LNA в интерфейсный блок сокращает количество внешних компонентов в среднем приблизительно на 15–17 единиц в зависимости от степени соответствия описанному фильтру.

Функциональная блок-схема архитектуры двухдиапазонного GSM-модуля радиоканала Othello™ показана на рис. 9.17.

Приемная часть расположена в верхней части рисунка. От антенного разъема принимаемый сигнал поступает на переключатель режима «прием/передача» и направляется, в зависимости от диапазона, на один из двух фильтров: 925–960 МГц для GSM-диапазона или 1805–1880 МГц для DCS-диапазона. Сигнал проходит через полосовой радиочастотный фильтр (так называемый roofing-фильтр) который служит для выделения необходимой полосы частот и подавления составляющих других частот (включая частоты в диапазоне передачи), чтобы предотвратить перегрузку активных компонентов в приемной части. После roofing-фильтра расположен малошумящий усилитель (LNA). Это первый усилительный элемент в системе, позволяющий значительно сократить вклад всех последующих каскадов в уровень суммарного шума системы. После малошумящего усилителя смеситель с прямым преобразованием частоты переводит полезный сигнал с радиочастоты непосредственно на основную частоту с помощью умножения радиосигнала на выходной сигнал локального генератора такой же частоты.

Выходной сигнал смесительного каскада затем направляется через квадратурный модулятор (каналы I и Q) на усилительный каскад основной частоты с переменным коэффициентом усиления. Регулируемый усилитель также обеспечивает некоторую фильтрацию смежных каналов и подавление паразитных частот. Этим блокируются сигналы других GSM-каналов, разнесенных на некоторое расстояние от принимаемого канала, как правило, 3 и более мегагерц. Фильтр усилителя основной частоты ослабляет эти сигналы до уровня, гарантирующего отсутствие перегрузки АЦП приемника. После усилительного каскада принимаемый сигнал оцифровывается в приемном АЦП.

Передающая часть, показанная в нижней части рисунка, начинается с мультиплексированных входных/выходных каналов I и Q. Поскольку система GSM является дуплексной с разделением по времени, передатчик и приемник никогда не работают одновременно. За счет этого, комплект Othello™ позволяет сэкономить четыре вывода на корпусе ИМС приемопередатчика. С квадратурного модулятора сигналы поступают через мультиплексированные каналы I/Q на передатчик. Затем сигналы подвергаются модуляции с промежуточной частотой более 100 МГц.

Выходной сигнал модулятора далее поступает на фазочастотный детектор (PFD), где он сравнивается с опорной частотой генератора, управляемого внешним синтезатором. Сигнал с PFD с частотой более 100 МГц проходит через фильтр с достаточно широкой полосой пропускания (1 МГц). Выходной сигнал фильтра направляется на управляющий вход генератора, управляемого напряжением (VCO), с частотными диапазонами, перекрывающими полосы передачи стандартов GSM и DCS.

Далее сигнал с ГУН распределяется на два блока. Основной — на усилитель мощности передатчика (РА), который повышает относительный уровень передаваемого сигнала от + 3 дБм до + 35 дБм, после чего сигнал направляется на коммутатор приема/передачи и НЧ-фильтр (подавляющий гармоники усилителя мощности). Усилители мощности имеют две полосы частот с простым переключением по напряжению с помощью сигналов КМОП-уровня. Выходной сигнал ГУН также поступает на смеситель цепи обратной связи через ответвитель, который может быть выполнен как в виде печатной платы, построенной на базе дискретных катушек и конденсаторов, так и в виде монолитного (обычно) керамического устройства связи. Смеситель обратной связи переносит передаваемый сигнал снова на промежуточную частоту и использует этот сигнал в качестве сигнала локального генератора для модулятора передатчика.

Этот тип модулятора имеет несколько названий, но вероятно наиболее наглядное из них "транслирующая петля". Транслирующая петля модулятора использует преимущества одного ключевого аспекта стандарта GSM: схема модуляции выполняется с использованием гауссовой частотной модуляции с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Этот тип модуляции не затрагивает амплитуду сигнала, что означает, что усилитель мощности может входить в режим насыщения без искажения GMSK-сигнала.

Модуляция GMSK может быть выполнена несколькими различными способами. В других европейских стандартах (для беспроводных телефонов) модуляция GMSK может производиться посредством непосредственной модуляции потока данных управляемым ГУН с гауссовой фильтрацией. В стандарте GSM был выбран метод квадратурной модуляции. Квадратурная модуляция позволяет получить точную фазовую GMSK. Но недостатки в схеме модулятора (или каскада преобразования с повышением частоты) могут привести к флуктуациям огибающей, которые могут, в свою очередь, привести к фазовым искажениям при перегрузке выходного усилителя мощности. Чтобы избежать подобных искажений, производители телефонов стандарта GSM были вынуждены использовать усилители с более высокой линейностью за счет уменьшения эффективности и сокращения времени разговора за один цикл зарядки аккумуляторов.

Модулятор с транслирующей петлей объединяет преимущества модуляции непосредственно с помощью ГУН и более точной квадратурной модуляции. В результате в схеме создана петля фазовой автоподстройки частоты (PLL), в которую включены сигнал модулятора, сигнал генератора и выходной сигнал ГУН, а также сигнал смесителя цепи обратной связи. В конечном итоге получается непосредственно модулированный сигнал на выходе ГУН с абсолютно постоянной огибающей и прекрасными фазовыми характеристиками. Неравномерность фазовой характеристики не превышает 1,5 градуса при нестационарное™ микросхемы приемопередатчика AD6523, использующей сигнал генератора в качестве локального осциллятора для обеспечения стабильности петли ОС.

Компактность комплекта Othello ™ позволяет использовать GSM-технологии для создания многих изделий, в которых ранее это было невозможно, например, в очень компактных телефонах или PCMCIA картах. Однако основные преимущества прямого преобразования станут очевидными при разработке универсальных мультистандартных телефонов третьего поколения. С использованием прямого преобразования отпадает необходимость в аппаратном фильтре выбора канала, поскольку эта операция выполняется в блоке цифровой сигнальной обработки, который может быть перепрограммирован для работы с множеством стандартов. Сравните этот подход с супергетеродинной архитектурой, где требуется несколько цепей радиоканала для работы с различными стандартами (поскольку каждый из них требует различные фильтры выбора канала) и все схемы должны иметь минимальные размеры. При использовании прямого преобразования один и тот же радиоканал может использоваться в принципе для нескольких различных стандартов, частотных полос и типов модуляции. Таким образом, Интернет-навигация и голосовая связь могут быть в принципе реализованы на базе одного и того же телефона стандарта GSM.

Аналоговые базовые станции сотовой телефонии

Рассмотрим аналоговый супергетеродинный приемник, изобретенный в 1917 году Эдвином Армстронгом (см. рис. 9.18).

Эта архитектура представляла собой существенный шаг вперед по сравнению с однокаскадными аналоговыми приемниками прямого преобразования (гомодинными), которые строились с использованием перестраиваемых усилителей промежуточной частоты, одного детектора и каскада усиления сигнала звуковой частоты. (Необходимо обратить внимание, что гомодинная техника теперь получила широкое распространение в приемниках с цифровой обработкой, как показано выше). Основное преимущество супергетеродинного аналогового приемника состоит в том, что он имеет существенно меньшие массогабариты и более экономичен при обеспечении заданного усиления и селективности приемника на фиксированных промежуточных частотах (IF) по сравнению с усилением и частотной избирательностью схем с перестройкой по частотному диапазону.

Частоты, показанные на рис. 9.18, выделены для AMPS (Служба усовершенствованной мобильной телефонии) — аналоговой системы сотовой телефонии, используемой в настоящее время в США. Приемник предназначен для приема AMPS-радиосигналов частотой 900 МГц. Полоса частот для несущих "А" или "В", обслуживающих локальную географическую область, составляет — 12,5 МГц (416 каналов, каждый шириной 30 кГц). В приемнике, как показано на рисунке, используется трехкратное преобразование частоты, с первой промежуточной частотой 70 МГц, второй частотой 10,7 МГц и третьей частотой 455 кГц. Зеркальная частота на входе приемника отделяется от несущей подстройкой первой промежуточной частоты (при использовании относительно высокой первой промежуточной частоты разработка зеркального фильтра упрощается).

Выходной сигнал третьего каскада промежуточной частоты демодулируется с использованием аналоговых методов (дискриминаторов, детекторов огибающей, синхронных детекторов и т. д.) В случае AMPS используется частотная модуляция. Важным свойством упомянутой схемы является то, что на каждый канал требуется один приемник, а антенна, каскад предварительной фильтрации и малошумящий усилитель могут быть общими.

Необходимо отметить, что для упрощения схемы на рисунке не показаны межкаскадные усилители. Они, однако, являются важной частью приемника и при дальнейшей разработке необходимо это учитывать.

Разработка аналогового приемника является сложным процессом, и имеется много дополнительных функциональных узлов, которые могут быть использованы на промежуточной частоте между первым и вторым или третьим преобразованием частоты: фильтры, удорожающие и усложняющие каждый каскад приемника, схемы демодуляции и т. д. Имеется много превосходных рекомендаций по построению аналогового приемника, и цель этого обсуждения состоит лишь в том, чтобы сформировать систему отсчета для последующего обсуждения использования цифровых методов при разработке усовершенствованных телекоммуникационных приемников и приемников базовых станций сотовой телефонии.

Цифровые сотовые базовые станции

Сотовые телефонные базовые станции формируют основу современной беспроводной сотовой инфраструктуры. Они должны обеспечивать получение многочисленных запросов, обработку запросов и их ретрансляцию. Соединение с базовой станцией в смежных ячейках должно выполняться без потери сигнала при движении абонента. Кроме того, базовые станции зачастую должны удовлетворять нескольким стандартам одновременно. В некоторых областях США в достаточно большом числе частотных полос используются различные технологии в пределах одной и той же географической области, например AMPS и CDMA.

Гибкость, высокая производительность и низкая стоимость канала являются основными требованиями к современным базовым станциям. Максимальное использование DSP в приемопередатчиках позволяет обрабатывать несколько стандартов без необходимости замены аппаратных средств. Это привело к широкому распространению программного обеспечения для обработки радиосигналов (software radios), которое доминирует в текущий момент на рынке базовых станций.

Как и в случае сотовых телефонов, техника прямого преобразования широко используется и в базовых станциях. Сигнал оцифровывается высокоэффективным широкополосным АЦП, после чего следует только один каскад переноса частоты. На рис. 9.19 показаны два основных подхода к построению цифрового приемника: узкополосный и широкополосный фильтры.

При узкополосном подходе подразумевается, что была выполнена достаточная предварительная фильтрация сигнала, в результате чего подавлены все паразитные сигналы и на входе АЦП присутствует только полезный сигнал. Широкополосный подход подразумевает наличие на входе АЦП множества каналов и дальнейшая фильтрация, настройка и обработка выполняется в цифровой форме. Обычно, широкополосный приемник предназначен для приема сплошной полосы сигналов, например для сотовой телефонии, или других систем беспроводной связи (PCS или CDMA). Фактически, один широкополосный цифровой приемник может использоваться для одновременного приема всех возможных каналов в пределах выделенного частотного диапазона, что позволяет использовать практически только аналоговые средства (включая АЦП) для выделения нужного канала.

Широкополосный подход накладывает серьезные ограничения на параметры используемого АЦП и требует широкого динамического диапазона (SFDR) и высокого отношения сигнал/шум (SNR), особенно в сотовых системах, где уровень сигналов соседних каналов может отличаться более чем на 100 дБ. Это требует применения АЦП с полосой пропускания более 100 МГц и частотой дискретизации более чем 50 МГц (например, для работы с мультинесущей с полосой частот 25 МГц). С другой стороны, узкополосный подход обеспечивает более тщательную обработку, поскольку каждый канал может быть оцифрован с более высокой частотой дискретизации, но этот подход также требует большего количества АЦП для обработки того же самого числа каналов.

Комплект ИМС от Analog Devices — SoftCell™ адресован в первую очередь операторам беспроводных систем связи, позволяя снизить стоимость обслуживания и размеры оборудования, повысить гибкость и качество обслуживания. Базовые станции, содержащие комплект ИМС SoftCell, легко позволяют производить модификацию: организацию новых услуг, дополнительных каналов, и замену стандартов беспроводной передачи данных. В действительности, операторы будут иметь возможность использовать любой стандартный радиочастотный интерфейс (например, GSM, PHS, D-AMPS), увеличить число каналов, более эффективно использовать выделенные частотные полосы. Новая архитектура также позволяет обойтись без избыточных радиоканалов и для передатчиков и для приемников.

Комплект SoftCell оптимизирован для четырех радиоканалов и может быть легко расширен. Это решение позволяетизготовителям оборудования использовать масштабируемую мультинесущую, многомодовые базовые станции на основе узлов традиционных многоканальных базовых станций, использующих аналоговые методы. Блок-схема системы, использующей комплект SoftCell, показана на рис. 9.20.

Уменьшение размеров при сохранении стоимости за счет использования SoftCell позволяет разместить более плотно на ограниченной площади большее число базовых станций. В результате обеспечивается лучший охват, более высокое качество связи и меньшая вероятность отказов обслуживания пользователей. Мобильность и компактность систем на базе SoftCell делает их идеальным вариантом для организации офисных беспроводных систем связи. Кроме того, технология программного обеспечения радиоканала, реализованная в данном комплекте, позволяет использовать новые возможности, например смарт-антенны или фазированные антенные решетки, которые дают возможность более эффективно потреблять мощность передатчика без увеличения стоимости системы, а также организовать маленькие микросотовые установки для увеличения охвата внутриофисных беспроводных систем.

Комплект ИМС SoftCell состоит из 14-разрядного АЦП AD6644, четырехканального процессора обработки принимаемого сигнала (RSP) AD6624, 14-разрядного ЦАП AD9772 и четырехканального процессора обработки передаваемого сигнала (TSP) AD6622. Использование сигнальных процессоров позволяет улучшить разделение каналов, коррекцию АЧХ, коррекцию ошибок и повысить гибкость и эффективность декодирования. Этот новый комплект интегральных микросхем оптимизирован для работы с многопроцессорными системами на базе архитектуры TigerSharc™.

Цифровой сигнальный процессор с архитектурой TigerSHARC оптимизирован для телекоммуникационных приложений и способен выполнять 1 млрд. операций умножения с накоплением в секунду над 16-разрядными данными при тактовой частоте 150 МГц. Еще одной уникальной особенностью архитектуры TigerSHARC является способность поддерживать 8-, 16-, и 32-разрядный формат данных на одном кристалле. Модуляция / демодуляция, канальное кодирование/декодирование и другие функции обработки радиоканала могут быть мультиплексированы, что позволяет поддерживать обработку нескольких несущих на одном процессоре.

В дополнение к комплекту SoftCell, ADI недавно представила универсальный приемный АЦП AD6600. AD6600 предназначен для узкополосных приложений, в которых невозможно реализовать архитектуру с множеством несущих, но возможна организация непосредственной оцифровки сигналов промежуточной частоты до 250 МГц. В комбинации с соответствующим цифровым процессором обработки принимаемого сигнала, AD6600 может обрабатывать разнообразные стандартные беспроводные интерфейсные сигналы, включая GSM Macrocell.

Классическая архитектура базовой станции требует полноценного приемопередатчика для обработки каждой радиочастотной несущей (от 4 до 80 каналов для цифровых и аналоговых систем соответственно). Эти радиоканалы должны дублироваться с учетом свойств антенн. Отсюда очевидно, почему электроника базовых станций занимает так много места, потребляет огромную мощность и дорого стоит. Преимущества программной обработки мультинесущей проявляется в устранении избыточных радиоканалов в пользу единственного быстродействующего радиоканала, где каждая несущая обрабатывается в цифровой форме. Распространение такой программной обработки радиосигналов ограничивается свойствами аналого-цифровых преобразователей, которые должны оцифровывать огромный динамический диапазон, необходимый для обработки спектра нескольких несущих и подавления интерференции соседних каналов.

Передатчики с несколькими несущими имеют подобные требования к аппаратной части для организации новых беспроводных интерфейсов. Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) и усилители мощности мультинесущих (MCPAS) должны передавать спектр нескольких генерированных в цифровой форме несущих без искажений или смешивания сигналов в смежных каналах. AD9772 представляет собой 14-разрядный интерполирующий ЦАП, оптимизированный для точного преобразования нескольких несущих в единственную промежуточную частоту. AD9772 является самым последним представителем семейства быстродействующих преобразователей TxDAC ® ADI.

Сердцем комплекта ИМС SoftCell является AD6644 — 14-разрядный АЦП с тактовой частотой 65 МГц, который обеспечивает динамический диапазон (SFDR) до 100 дБ и отношение сигнал/шум (SNR) 77 дБ. Такие параметры приемной части необходимы для оцифровки радиосигнала с несколькими несущими, используемыми во многих приложениях. При изменении настройки канала фильтрация и демодуляция в цифровой форме позволяют гибко поддерживать различные беспроводные стандарты, число каналов и частотных планов при наличии единственного модуля радиоканала.

Следующий после АЦП цифровой процессор обработки принимаемого сигнала (RSP) выполняет функции канальной настройки, фильтрации и прореживания, необходимые для выделения базовой частоты и обработки ее в цифровом сигнальном процессоре (DSP). Функции DSP выполняет AD6624 — четырехканальный процессор с производительностью 65 MSPS, поддерживающий стандарты GSM, IS 136 и другие узкополосные стандарты. AD6624 имеет четыре независимо программируемых канала, что позволяет легко изменять характеристики беспроводного интерфейса по мере необходимости. Такой подход также дает возможность параллельного включения AD6624S для увеличения количества каналов. AD6624 может быть также сконфигурирован для поддержки EDGE-расширений стандартов GSM и IS 136.

Четырехканальный цифровой процессор обработки передаваемого сигнала AD6622 обрабатывает сигнал основной частоты, поступающий с DSP. Он выполняет всю необходимую сигнальную обработку для вывода данных на ЦАП AD9772. Каждый канал может быть независимо запрограммирован таким образом, чтобы обеспечить необходимую фильтрацию канала для большинства беспроводных стандартных интерфейсов. AD6622 поддерживает IS95 и WCDMA стандарты и может быть использован [3] для объединения произвольного числа каналов на одном 18-разрядном цифровом выходе.

Управление электродвигателями

Асинхронный двигатель известен достаточно давно, благодаря простоте конструкции, дешевизне, высокой эффективности и надежности, однако область его применения была ограничена из-за невозможности управления его динамическими характеристиками, например, скоростью вращения, вращающим моментом и реакцией на изменяющуюся нагрузку. Однако достижения в области цифровой обработки сигналов и технологии создания смешанных цифроаналоговых интегральных схем открывают новые горизонты в использовании асинхронных двигателей переменного тока. Изготовители, беспокоящиеся об эффективности использования электроэнергии и ее экономии, могут уменьшить затраты и время выхода на рынок широкого диапазона изделий — от индустриальных двигателей до электромоторов для электромобилей и локомотивов, — с помощью стандартной системы так называемого векторного управления, состоящей из комплекта интегральных микросхем и среды разработки.

Вряд ли Никола Тесла (1856–1943), изобретатель асинхронного двигателя, мог предвидеть, что эта «рабочая лошадка промышленности» получит второе рождение в виде двигателя нового класса, который окажется вполне конкурентоспособным в большинстве индустриальных приложений.

Перед обсуждением преимуществ векторного управления необходимо дать основные положения принципа функционирования различных типов электрических двигателей в обычном использовании.

До недавнего времени области применения электромоторов, связанные с сервоуправлением, например, — с переменной реакцией на динамические нагрузки, постоянством вращающего момента или регулированием частоты вращения в широком диапазоне — были исключительно прерогативой коллекторных двигателей постоянного тока и синхронных двигателей с постоянными магнитами. Основная причина такого предпочтения заключалась в наличии понятных и отработанных схем управления. В то же время, несмотря на легкость управления, коллекторные двигатели постоянного тока имеют несколько недостатков: их щетки изнашиваются и должны регулярно заменяться, коллекторы также изнашиваются и могут быть повреждены в случае неправильной установки щеток, механический контакт «щетки-коллектор» является источником загрязнений и искрения, что повышает риск пожара при наличии горючих материалов.

Появление мощных инверторов, способных управлять столь же мощными двигателями, привело к практическому использованию синхронных двигателей постоянного тока с постоянными магнитами (PMSM) в приложениях, требующих сервоуправления. Но, наряду с устранением многих проблем механического характера, присущих коллекторным двигателям постоянного тока, эти двигатели потребовали более сложных схем управления и выявили ряд собственных недостатков. Обладая высокой стоимостью, PMSM-двигатели в большинстве своем отличаются высоким моментом инерции ротора, что ограничивает их применение в приложениях, где требуется высокая скорость вращения, из-за механических ограничений конструкции ротора [4].

В 60-х годах развитие теории управления привело к созданию теории косвенного полеориентированного управления, ставшей основой динамического управления асинхронными двигателями переменного тока. Косвенное полеориентированное управление использует теорию эталонных фреймов, описывающую преобразование изменяющегося фазового положения обмоток электродвигателя из одного фрейма в другой эталонный фрейм. Продуманный выбор математической модели позволяет значительно уменьшить сложность математической модели механизма. Хотя эти методы первоначально создавались для анализа и моделирования двигателей переменного тока, к настоящему времени они стали неотъемлемой частью инструментария цифрового управления такими механизмами. Более того, цифровые методы управления расширены до управления токами в обмотках и вращающим моментом электромеханизмов, что само по себе невозможно без компактных, корректных моделей электродвигателей.

Описываемая теория математических моделей равно применима и к синхронным машинам типа синхронных двигателей с постоянными магнитами (PMSM). Этот двигатель иногда называют синусоидальным вентильным двигателем, или вентильной машиной переменного тока, и он очень широко используется в высокоэффективном сервоприводе.

Вследствие интенсивных математических вычислений, необходимых для косвенного полеориентированного управления, теперь обычно называемого векторным управлением или теорией эталонных фреймов, практическое использование этой теории было невозможно на протяжении долгих лет. Доступные аппаратные вычислительные средства не могли осуществлять высокоскоростное позиционирование положения ротора и выполнять вычисления в режиме реального времени динамического потока векторов. Доступность современных точных оптических кодеров, биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), высокоскоростных резольверов и быстродействующих цифровых сигнальных процессоров (DSP) выдвинула векторное управление на передний край работ по использованию преимуществ, свойственных асинхронному двигателю переменного тока.

Упрощенная блок-схема системы управления асинхронного двигателя переменного тока показана на рис. 9.21.

Входными данными для контроллера являются токи обмоток двигателя (обычно трехфазные) и положение и скорость ротора. Датчики на основе эффекта Холла очень широко используются для контроля токов и с помощью пространственно-цифрового преобразователя (RDC) позволяют контролировать положение ротора в пространстве, а также его скорость. Цифровой сигнальный процессор используется для вычисления в режиме реального времени величин векторов, которые необходимы для генерации выходного сигнала управления инвертором преобразователя мощности. Преобразования, необходимые для преобразования эталонного фрейма и для векторного управления, также выполняются с помощью DSP.

Функции блока управления интегрированы в одном кристалле в контроллерах электродвигателей Analog Devices — ADMC300, ADMC331, ADMC401, и ADMC326 (на базе ПЗУ) и ADMC328 (на базе DSP). Эти устройства включают в себя периферию: АЦП, источники опорного напряжения, PWM-контроллеры, таймеры и т. д., необходимую для реализации всех функций, показанных на рис. 9.21.

Самые последние члены семейства контроллеров электродвигателей — ADMCF326 и ADMCF328, называемые DashDSP™,— характеризуются наличием цифровой части, аналоговой части и FLASH-памяти (см. рис. 9.22).

Использование FLASH-памяти позволяет перепрограммировать устройство, обеспечивая таким образом большую гибкость и сокращение времени новых разработок. Эти контроллеры включают 16-разрядное процессорное ядро с фиксированной точкой и производительностью 20 MIPS, основанное на архитектуре семейства ADSP-217X. Память состоит из 512х24 бит ОЗУ памяти программ, 512x16 бит ОЗУ памяти данных, 4Кх24 бит ПЗУ памяти программ и 4К х 24 бит программируемой FLASH-памяти. Интегрированная посредством использования АЦП аналоговая подсистема позволяет полностью контролировать трехфазные токи в обмотках двигателя. 16-разрядный 3-фазный PWM генерирует управляющие сигналы для внешнего мощного инвертирующего каскада. Контроллеры выпускаются в 28-выводном SOIC или PDIP корпусе. Блок-схема контроллера ADMCF328 показана на рис. 9.23.

Доступность программного обеспечение контроллеров на базе DSP, состоящего из трех частей, руководства разработчика, и систем отладки, облегчает разработку систем управления электродвигателями с использованием этих контроллеров.

Компания Analog Devices недавно анонсировала нового представителя семейства DashDSP — ADMCF5XX на базе 16-разрядного ядра с фиксированной точкой ADSP-219X с производительностью 150 MIPS. При токе потребления 0,4 mA/MIP новый контроллер позволяет разработчикам строить системы с низкой потребляемой мощностью и с широкими пределами регулирования скорости. Интеграция до 128 Кбайт внутрикристальной FLASH-памяти значительно облегчает разработку системы и позволяет гибко модифицировать программное обеспечение системы. Такое решение также позволяет пользователю загружать программное обеспечение непосредственно из FLASH-памяти в оперативную память. Пользователь может выбрать, исходя из требований к параметрам и стоимости разрабатываемой системы, один из 10-, 12-, или 14-разрядных АЦП. Семейство DashDSP поддерживается средствами разработки VisualDSP ADI, которые включают первый промышленный C++ компилятор. Семейство ADMCF5XX дополнено широким диапазоном высокопроизводительной периферии, например, 3 6-фазными 16-разрядными PWM с одиночным или двойным интерфейсами кодера для управления многокоординатными двигателями. Оцифровка токов в обмотках двигателя может быть реализована с помощью средств гальванической развязки или методом инвертирующего шунта, с программируемым пользователем временем преобразования АЦП. Источник опорного напряжения, схема сброса процессорного ядра при включении питания и вспомогательные PWM, позволяющие корректировать коэффициент мощности, также интегрированы на кристалле. Дополнительно в рамках семейства реализована различная интерфейсная периферия, например, полноценная CAN-шина, UART, сериальные порты, и JTAG-интерфейс.

Кодеки и процессоры обработки сигналов в голосовых приложениях и аудиосистемах

В каналах голосовой связи и аудиосистемах типа автомобильных телефонных комплектов и модемов на сигнальных процессорах строятся превосходные конструктивные блоки систем.

Компания Analog Devices недавно анонсировала выпуск серии ADSP-21ESP202, специально разработанной для встроенных систем обработки речи в автомобильных голосовых телефонных системах. Эта микросхема включает в себя два кодека AD73322 и 16-разрядное вычислительное ядро с фиксированной точкой ADSP-218X. Из 40 Кбайт ОЗУ на кристалле 8 Кб х 24 бит отдано под память программ и 8 Кб х 24бит — под память данных. Внутрикристальное ППЗУ объемом 24 Кбайт конфигурировано под 8 Кб х 24бит память программ.

На рис. 9.24 приведен пример реализации на базе ADSP-21ESP202 дуплексного телефонного комплекта с голосовой связью. Эта серия является крупным достижением как в уровне, так и в гибкости функциональной интеграции.

Семейство ADSP-21ESP202 является первым продуктом, основанным на использовании вычислительного ядра ADSP-218X, включающего аналоговые функциональные возможности (см. рис. 9.25). Все представители семейства содержат два сигма-дельта кодека, которые позволяют программно управлять частотой выборки (до 64 кГц), коэффициентом усиления входных и выходных каскадов. Имеются также два аналоговых компаратора, которые могут использоваться для обнаружения голоса и отслеживания процессов подключения/отключения кабеля, а также для генерации процессорных прерываний. Два переключаемых источника тока позволяют реализовать функциональные возможности PWM с помощью универсального таймера. Оба источника реализуют выбор быстрого или стандартного режима заряда. Возможность переключения может быть использована для автоматического регулирования усиления (AGC), а также для подстройки частоты и фазы входного задающего генератора.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИС ADSP21ESP202 С ЯДРОМ DSP ADSP-218X

• Интегрированы аналоговые схемы

♦ Двойной программируемый голосовой кодек на 64 kSPS, сигнал/шум 75 дБ

♦ Два аналоговых компаратора

♦ Два источника тока

• Интегрировано заказное ПЗУ

♦ По спецификации заказчика или

♦ Со стандартными функциями Дополнительные возможности

♦ Работа на частоте 49 МГц при напряжении питания 3.3 В

♦ 8 К ОЗУ программ, 8 К ОЗУ данных

♦ 8 К ПЗУ программ

♦ Расширенные прерывания и флаги

♦ Расширенные возможности таймера

• Корпус LQFP со 128 выводами

Рис. 9.25

ADSP-21ESP202 также содержит ППЗУ памяти программ с блоками памяти по 8 Кслов. Analog Devices поставляет микросхемы с несколькими версиями прикладных алгоритмов, заранее записанных в ПЗУ. Продукция Analog Devices также позволяет записывать в ПЗУ программы, разработанные самим пользователем.

Система, показанная на рис. 9.24, имеет в своем составе средства цифровой обработки сигналов с подавлением шума/эхо-сигнала и опознавания речи, кодеки для непосредственного подключения громкоговорителя/микрофона и сотового терминала, энергонезависимую память для хранения программ и баз данных опознавания речи. Семейство ADSP-21ESP202 интегрирует все эти компоненты в одном корпусе, что позволяет создать на одной интегральной схеме дуплексный автомобильный телефонный комплект с голосовой связью. Такой подход предусматривает сокращение на 75 % числа необходимых интегральных схем по сравнению с решениями предыдущего поколения.

Обработка аудиосигналов на персональном компьютере и современные модемы также требуют применения высокопроизводительных кодеков. На рис. 9.26 приведен пример реализации аудиотракта или приемника-передатчика модема на базе кодека AD1819В SoundPort®.

Этот кодек полностью совместим со спецификациями интерфейса АС '97 (Audio Codec '97, Component Specification, Revision 1.03, © 1996, Intel Corporation). Кроме того, AD1819 поддерживает несколько конфигураций кодека (до трех на каждый канал интерфейса АС), последовательный интерфейс с DSP, изменение тактовой частоты, кодирование сигнала и его фильтрацию для модемов, и имеет встроенный преобразователь для трехмерных стереоэффектов Phat™.

Кодек AD1819В предназначен главным образом для высокоскоростного ввода аудиоданных в компьютеры и модемы или для использования в системах цифровой обработки. Главные архитектурные особенности AD1819B — высококачественная входная аналоговая часть, двухканальный 16-разрядный сигма-дельта АЦП, двухканальный 16-разрядный сигма-дельта ЦАП и последовательный порт. Уровень шумов и гармонических искажений не превышает — 90 дБ, тактовая частота может варьироваться в пределах от 7 до 48 кГц.

32-разрядный процессор SHARC от Analog Devices с плавающей точкой демонстрирует высочайшее качество декодирования сигнала Dolby Digital АС-3. Образцовая архитектура цифровой сигнальной обработки, показанная на рис. 9.27, использует сигнальный процессор ADSP-21065L SHARC и интегральную микросхему смешанной обработки AD1836, что обеспечивает низкую цену и высокое качество тракта многоканальной аудиообработки.

Основная область применения включает в себя А/V-ресиверы для домашнего театра и автомобильные аудиосистемы класса high-end. AD 1836 выполняет всю смешанную обработку сигнала с использованием четырех входных каналов АЦП и шести выходных каналов ЦАП. Кодек AD1836 обеспечивает суммарный уровень шумов и гармонических искажений -97 дБ и отношение сигнал/шум 105 дБ, что необходимо для высококачественного аудио. В подобных системах могут использоваться и фиксированные алгоритмы цифровой обработки, однако применение программируемых сигнальных процессоров обеспечивает большую гибкость. Сигнальный процессор может быть запрограммирован для декодирования аудиоформатов MP3, Dolby Digital АС-3, ТНХ, или DTS. С помощью дополнительного программного обеспечения могут быть легко реализованы и другие алгоритмы обработки аудиосигналов.

В сложных цифровых аудиосистемах часто возникает необходимость в распределении сигнала между несколькими процессорами обработки. На рис. 9.28 показан 16-канальный микшер, в котором использовано два ADSP-21160S.

Поток данных от шестнадцати 24-разрядных АЦП поступает на конвертор FPGA. Он преобразует последовательный поток данных от АЦП в параллельный и направляет его на два внешних порта ADSP-21160. Внешний порт на каждом DSP имеет аппаратную поддержку одновременной передачи данных на оба DSP сразу. Контроллеры прямого доступа к памяти DSP получают эти данные и перемещают их по мере необходимости во внутреннюю память. Аппаратная поддержка и контроллеры прямого доступа к памяти снижают сложность архитектуры конвертера FPGA, потому что в этом случае от FPGA требуется только передача данных на шину. То есть отпадает необходимость в арбитраже шины и генерации адресов.

Сигнальные процессоры выполняют самые различные алгоритмы обработки, например микширование, панорамное звучание, регулировку АЧХ и дополнительную обработку типа реверберации или компрессии/экспандирования динамического диапазона. Выходной поток аудиоданных после такой обработки поступает на 24-разрядный стереоЦАП. Эти задачи могут выполняться одновременно, например, один из DSP отвечает за микширование и эффекты, в то время как другой реализует функции эквалайзера. В другом случае на каждый DSP возлагается задача обработки половины каналов. Выбор оптимального алгоритма определяется сложностью необходимой обработки.

Для этого примера видно, что два процессора ADSP-21160S обладают достаточной вычислительной способностью для выполнения различных алгоритмов по 16 каналам с тактовой частотой 48 кГц одновременно. За 20 нс процессорное ядро каждого DSP способно выполнить 2000 инструкций. Если каждый DSP отвечает за половину каналов (8 каналов), то за это время DSP может выполнить 250 инструкций по каждому каналу.

У процессора ADSP-21160 имеются достаточно примитивные инструкции для реализации трехполосного эквалайзера (низкие, средние и высокие частоты), микшера, эффектов задержки, и компрессии по каждому каналу. Перемещение данных в память не требует затрат вычислительных ресурсов, ввиду отсутствия мультизадачности.

Сигма-дельта АЦП с программируемым цифровым фильтром

Большинство сигма-дельта АЦП имеют собственный внутренний цифровой фильтр. Частота среза этого фильтра (и скорость выходного потока данных АЦП) привязана к частоте задающего генератора. AD7725 представляет собой 16-разрядный сигма-дельта АЦП с программируемым внутренним цифровым фильтром. Блок-схема 9.29 показывает, что максимальная частота дискретизации преобразователя составляет 19,2 МГц.

Следующий за преобразователем перестраиваемый фильтр с конечной импульсной характеристикой выполняет прореживание выходных данных преобразователя с коэффициентом децимации 8, снижая скорость выходного потока данных до 2,4 МГц. Отклик перестраиваемого FIR-фильтра также показан на рис. 9.29. На выходе перестраиваемого фильтра расположен программируемый цифровой фильтр. На диаграмме показан типичный отклик для FIR-фильтра низкой частоты с частотой среза 300 кГц.

Программное управление фильтром позволяет гибко оперировать длиной фильтра и коэффициентом децимации. Фильтр может иметь до 108 коэффициентов, до 5 режимов прореживания и коэффициенты децимации от 2 до 256. При обработке коэффициентов поддерживается точность 24 разряда, а при арифметических операциях — 30 разрядов.

AD7725 содержит процессор постобработки PulseDSP™ компании Systolix, который позволяет запрограммировать характеристики фильтра через параллельный или последовательный интерфейс микропроцессора.

Процессор постобработки имеет полностью программируемое ядро, которое обеспечивает производительность обработки до 130 миллионов операций умножения с накоплением в секунду (MAC). Процесс программирования процессора сводится к редактированию пользователем конфигурационного файла, который содержит все необходимые данные для программирования функций фильтра. Этот файл создан с помощью компилятора FilterWizard, который поставляется Analog Devices. Компилятор AD7725 воспринимает значения коэффициентов фильтра как входные данные и автоматически генерирует необходимый программный код устройства.

Файл коэффициентов отклика фильтра может быть сгенерирован с помощью пакетов проектирования цифровых фильтров типа Systolix FilterExpress™ (http://www.systolix.co.uk) или QEDESIGN ™ компании Momentum Data Systems (http://www.mds.com). Отклик фильтра может быть построен на основе данных, известных пользователю до генерации коэффициентов фильтра. Скорость потока входных данных процессора — 2,4 МГц. Если прореживание применяется в многоступенчатом фильтре, первый фильтр будет обрабатывать поток данных со скоростью 2,4 MSPS, и пользователь может затем производить децимацию между каскадами. Максимальное число коэффициентов фильтра, которые могут поддерживаться процессором, равно 108. При этом фильтр со 108 коэффициентами может быть выполнен в виде одиночного или многокаскадного фильтра с суммарным числом коэффициентов 108. Фильтр может иметь характеристики НЧ-фильтра, ВЧ-фильтра, режекторного или полосового фильтра и может быть выполнен как КИХ- или БИХ-фильтр.

AD7725 работает от однополярного источника питания +5В. Он имеет внутрикристальный источник опорного напряжения 2,5 В и выпускается в 44-выводном PQFP корпусе. При работе на максимальной тактовой частоте потребляемая мощность не превышает 350 мВт. Возможна работа в режиме сниженной в два раза максимальной частоты задающего генератора -10 МГц. Максимальная потребляемая мощность в этом режиме составляет 200 мВт.

Резюме

Некоторые примеры использования DSP в различных областях приведены на рис. 9.30. Помимо описанных выше, имеется много других областей, где сфера применимости DSP на практике быстро расширяется: это промышленность, связь, медицинская и военная техника и потребительский рынок. Обсуждение каждого примера могло бы стать предметом отдельной книги. Но в этой главе показано только несколько наиболее традиционных областей применения DSP и дано представление о том, как DSP взаимодействуют практически с каждым аспектом современной жизни.

ДРУГИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЦЕССОРОВ DSP

• Автомобильные телефоны с голосовым управлением (hands-free)

• Цифровые автоответчики

• Устройства распознавания голоса

• Кабельные сети

• Компьютерная звуковая система

• Цифровое аудио: профессиональное и бытовое

• Обработка цифрового видеосигнала

• Телевидение высокой четкости (HDTV)

• Компьютерная графика

• Цифровые спецэффекты

• Цифровые вещательные спутники (DBS)

• Система глобального позиционирования (GPS)

• Медицина: ультразвуковые, ядерномагниторезонансные сканнеры, томографы

• Военная индустрия: радиолокационные станции, наведение ракет на цель

Рис. 9.30

Глава 10

Методы проектирования аппаратного обеспечения

Уолт Кестер

Низковольтные интерфейсы

Этан Бордо, Иоханнес Хорват, Уолт Кестер

В течение последних 30 лет стандартным напряжением питания (VDD) цифровых схем оставалось напряжение 5 В. Такое значение напряжения использовалось для обеспечения нормального режима работы биполярного транзистора. Однако в конце 80-х стандартной технологией при проектировании ИС стала технология КМОП. Для микросхем КМОП не является обязательным использование того же напряжения, что и для микросхем, выполненных по технологии ТТЛ, но для обеспечения совместимости со старыми системами промышленность адаптировала уровни логических сигналов к уровням сигналов ТТЛ. (Приложение 1).

Нынешняя революция в снижении напряжения питания микросхем происходит по причине роста требований к скорости и компактности интегральных микросхем при минимальной стоимости. Эти растущие требования привели к уменьшению размеров топологии кристалла с 2 мкм (в начале 80-х) до 0.25 мкм; такая топология используется при разработке современных микропроцессоров и ИС. Благодаря тому, что эти размеры стали значительно меньше, напряжение, необходимое для оптимальной работы устройства, также упало ниже уровня в 5 В. Это видно на примере микропроцессоров для компьютеров, где оптимальное значение напряжения для питания ядра процессора определяется с помощью выводов идентификации напряжения питания (VID pins) и может снижаться вплоть до уровня 1.3 В.

Большой интерес к низковольтным DSP отчетливо наблюдается в смещении процента продаж между 5 В и 3,3 В микросхемами. Объем продаж 3.3-вольтовых DSP вырос более чем вдвое по сравнению с остальными DSP (30 % для всех DSP, 70 % — устройства с напряжением питания 3.3 В). Этот процесс будет продолжаться, так как огромный и постоянно растущий рынок портативных устройств потребляет цифровые сигнальные процессоры, которые обладают всеми чертами низковольтных цифровых процессоров.

С одной стороны, низковольтные ИС работают при малой потребляемой мощности, имеют меньшие размеры и более высокие скорости. С другой стороны, низковольтные ИС часто должны работать совместно с ИС, которым необходимо большее напряжение питания VDD, из-за чего возникают проблемы совместимости. Хотя низкое рабочее напряжение означает уменьшение размаха сигнала, и следовательно, шум переключения становится меньше, но для микросхем с низким напряжением питания уменьшается допустимый для нормальной работы устройства уровень шума (запас помехоустойчивости).

НИЗКОВОЛЬТНЫЕ ИС СО СМЕШАННЫМИ СИГНАЛАМИ

• Малая потребляемая мощность для применения в портативных устройствах

• ИС с напряжением питания 2.5 В могут работать от двух щелочных элементов

• Высокое быстродействие КМОП-процессоров, меньшие размеры, меньшее напряжение пробоя

• Несколько напряжений питания в системе: +5 В, +3.3 В, +2.5 В, напряжение питания ядра процессора +1.8 В, напряжение питания аналоговой части

• Между ИС разных стандартов требуется интерфейсы

• Меньшая амплитуда напряжения сигнала образует меньше шума при переключении

• Меньший запас помехоустойчивости

• Меньшее напряжение питания в аналоговых схемах приводит к уменьшению размаха сигнала и увеличивает чувствительность к шумам (но это предмет целого семинара!)

Рис. 10.1

Популярность устройств с напряжением питания 2.5 В может быть отчасти объяснена их способностью работать от двух щелочных элементов типа АА. На рис. 10.2 показаны характеристики щелочного элемента при различной величине нагрузки. (Приложение 2).

Обратите внимание, что при токе нагрузки 15 мА напряжение остается на уровне выше 1.25 В (2.5 В для двух последовательно соединенных элементов) в течение приблизительно 100 часов. Поэтому ИС, которые могут успешно работать при низком потребляемом токе и напряжении питания 2.5 В±10 % (2.25 В-2.75 В), особенно полезны для портативной аппаратуры. Цифровые процессоры, обладающие низким соотношением мА/MIPS (потребляемый ток/производительность) и имеющие периферию, интегрированную на одном чипе, как например, ADSP-218x L или М-серии, также рекомендованы для применения в портативных устройствах.

Для того чтобы разобраться в вопросах совместимости и взаимодействия друг с другом микросхем с различными напряжениями питания VDD, полезно для начала взглянуть на структуру типичной логической ячейки КМОП, которая показана на рис. 10.3.

Обратите внимание, что выходной драйвер состоит из МОП-транзистора с каналом р-типа (PMOS) и МОП-транзистора с каналом n-тииа (NMOS). Когда на выходе высокий логический уровень, транзистор PMOS подключает выход каскада к шине питания +V_DD через своё небольшое внутреннее сопротивление (Ron), транзистор NMOS в это время выключен. Когда на выходе низкий логический уровень, транзистор NMOS подключает выход к земле через своё внутреннее сопротивление, а транзистор PMOS в это время выключен. Сопротивление Ron выхода имеет величину от 5 до 50 Ом в зависимости от размеров транзисторов; эти размеры также определяют величину допустимого выходного тока.

Типичная логическая ИС обладает отдельными цепями питания и земли для выходного драйвера и для остальной части схемы (включая пре-драйвер). Это делается для того, чтобы обеспечить "чистое" напряжение питания, и таким образом уменьшить влияние шума и помех по шине земли на входные и выходные сигналы. Это особенно важно, т. к. обеспечиваемая конструктивно дополнительная устойчивость и совместимость микросхем негативно влияет на характеристики драйверов входа/выхода, особенно при низких напряжениях питания.

На рис. 10.3 также изображены диаграммы-"столбики", на которых показаны минимальные и максимальные требуемые уровни входного и выходного напряжения, достоверно обеспечивающие высокий или низкий логические уровни. Имейте в виду, что для ИС, выполненных по технологии КМОП, реальные уровни сигналов на выходе определяются током нагрузки и внутренним сопротивлением R_ON выходных транзисторов. Для небольшой нагрузки уровень выходного логического сигнала очень близок к 0 В или +V_DD. С другой стороны, логические пороги на входе определяются входной схемой ИС.

На диаграмме-"столбике", соответствующем входу, имеется три части. Нижняя часть показывает диапазон входного сигнала, который воспринимается как низкий логический уровень. В случае с TTЛ-логикой с напряжением питания 5 В, этот диапазон будет соответствовать значению напряжения от 0 В до 0.8 В. Средняя часть показывает диапазон входного напряжения, в котором уровень сигнала не воспринимается гарантированно как низкий или высокий. Верхняя часть соответствует входному сигналу, который воспринимается как высокий логический уровень. В случае 5-вольтовой TTЛ-логики, этот сигнал будет иметь напряжение от 2 до 5 В.

Аналогичным образом, на "столбике", соответствующем выходу, имеется три части. Нижняя часть показывает возможное напряжение низкого логического уровня на выходе. Для микросхем ТТЛ с напряжением питания 5 В это напряжение составляет от 0 В до 0.4 В. Средняя часть диаграммы показывает некорректный уровень выходного напряжения — устройство не должно выдавать сигнал такого уровня, за исключением момента перехода с одного логического уровня на другой. Верхняя часть "столбика" показывает допустимый диапазон напряжения для высокого логического уровня на выходе. Для 5-вольтовой ТТЛ-логики это напряжение находится между значениями 2.4 В и 5 В. Диаграммы не отражают 10 % выбросы или провалы, которые также допустимы на входах в соответствии со стандартом.

Сводка существующих логических стандартов с использованием подобных диаграмм показана на рис. 10.4.

Обратите внимание, что входные пороги обычной КМОП-логики (например, серии 4000), определяются как 0.3∙V_DD и 0.7∙V_DD. Однако большинство изготовленных по технологии КМОП логических микросхем, которые используются сегодня, совместимы по логическим порогам с микросхемами ТТЛ и LVTTL; эти пороги также доминируют среди стандартов для цифровых сигнальных процессоров, работающих при напряжении питания 3.3 В и 5 В. Обратите внимание, что для 5 В ТТЛ-логики и 3.3 В LVTTL-логики пороги входного и выходного напряжения одинаковы. Разница только в верхней границе допустимого диапазона для сигнала высокого уровня.

Международное бюро стандартов JEDEC ввело стандарт для ИС, работающих при напряжении питания 2.5 В (JEDEC стандарт 8–5), который, скорее всего, будет представлять собой минимум требований для работы с Vdd = 2.5 В (Приложение 3). Однако на сегодняшний день (2000 г.) отсутствует доминирующий стандарт для ИС на 2.5 В, т. к. немного производителей выпускает микросхемы, работающие при этом напряжении питания. Существует стандарт на 2.5 В, предложенный консорциумом производителей ИС под названием Альянс Низковольтной Логики (Low Voltage Logic Alliance). Спецификация стандарта описывает характеристики ИС, работающих при напряжении от 1.8 В до 3.6 В. Стандарт для работы в данном диапазоне напряжения питания весьма полезен, т. к. он обеспечивает совместимость сегодняшних разработок с будущими. Например, микросхема 74VCX164245, представляющая собой шинный преобразователь/приемопередатчик производства Fairchild Semiconductor, спроектирована для работы при любом напряжении в пределах 1.8–3.6 В и имеет различные входные и выходные характеристики, зависящие от напряжения питания VDD. Этот стандарт, называемый VCX, был разработан фирмами Motorola, Toshiba и Fairchild Semiconductor. В нем описаны прежде всего шинные приемопередатчики, преобразователи, буферы FIFO и другие микросхемы сопряжения. Кроме того, существует широкий диапазон других низковольтных стандартов, таких как GTL (Gunning Transceiver Logic), BTL (Backplane Transceiver Logic) и PECL (PceudoECL Logic). Однако большинство из этих стандартов созданы для применения в специализированных областях, а не в полупроводниковых системах общего назначения.

Устройства VCX могут работать в очень широком диапазоне напряжений питания (1.8–3.6 В). Характеристики входов и выходов в данном стандарте зависят от напряжения питания V_DD и от нагрузки на каждом выходе. На рис. 10.4 показана диаграмма для входов и выходов устройства VCX, работающего при напряжении питания 2.5 В. Выходные напряжения устройства, приведенные на диаграмме, всегда соответствуют определенному току. При возрастании требований по току выходное напряжение высокого уровня уменьшается, тогда как выходное напряжение низкого уровня возрастает. За более подробной информацией по характеристикам ИС обращайтесь к спецификациям технических характеристик.

С помощью приведенной диаграммы можно проиллюстрировать некоторые возможные проблемы, возникающие при соединении двух ИС, работающих в различных стандартах. Например, соединение 5-вольтовой микросхемы КМОП с микросхемой LVTTL, работающей при напряжении V_DD = 3.3 В. Высокий логический уровень на выходе 5-вольтовой КМОП слишком высок (>3.3 В), чтобы подавать этот сигнал на вход ИС LVTTL. Это может привести к необратимому повреждению микросхемы LVTTL. Возможна другая проблема: пусть микросхема типа JEDEC с напряжением питания 2.5 В управляет устройством КМОП с V_DD = 5 В. Высокий логический уровень на выходе 2.5-вольтового устройства недостаточно высок для того, чтобы восприниматься как "высокий" входом микросхемы КМОП с напряжением питания 5 В (V_{IH MIN} = 3.5 В). Эти примеры показывают два возможных типа несовместимости логических семейств: либо устройство управляется слишком высоким напряжением, либо устройство не обеспечивает достаточно высокое напряжение, которое достоверно распознавалось бы принимающей ИС как сигнал высокого логического уровня. Эти проблемы совместимости подводят нас к двум понятиям: устойчивость к повышенному напряжению и совместимость по напряжению.

УСТОЙЧИВОСТЬ К ПОВЫШЕННОМУ НАПРЯЖЕНИЮ И СОВМЕСТИМОСТЬ ПО НАПРЯЖЕНИЮ

Устройство, устойчивое к повышенному напряжению, может выдержать на входе или выходе напряжение более высокое, чемего собственное напряжение питания V_DD. Например, если устройство работает при V_DD = 2.5 В, может выдержать на входе напряжение в 3.3 В и может выдержать 3.3 В на выходе, 2.5 В устройство является устойчивым к напряжению 3.3 В. Значение понятия "устойчивость к напряжению на входе" достаточно очевидно, но понятие "устойчивости к напряжению на выходе" требует некоторого объяснения. Выход драйвера микросхемы КМОП с V_DD = 2.5 В в состоянии высокого логического уровня представляет собой резистор с небольшим сопротивлением (Ron транзистора PMOS), связанный с шиной питания V_DD 2.5 В. Очевидно, что связь его выхода напрямую с шиной 3.3 В приведет к разрушению устройства избыточным током. Однако если 2.5-вольтовая микросхема имеет выход с тремя состояниями и подключена к шине, которая одновременно управляется 3.3-вольтовыми микросхемами, тогда это понятие становится ясным. Даже если 2.5-вольтовая ИС находится в выключенном состоянии (третье состояние), 3.3-вольтовые микросхемы могут подавать на шину напряжение, превышающее 2.5 В, и возможно, повреждать выход 2.5-вольтовой микросхемы.

Устройство, совместимое по напряжению, может принять сигнал и передать сигнал устройству, которое работает при напряжении более высоком, чем его собственное VDD. Например, если устройство работает при V_DD = 2.5 В и может передавать и получать сигналы к/от 3.3-вольтового устройства, тогда говорят, что данное 2.5-вольтовое устройство совместимо по напряжению с 3.3-вольтовыми.

Интерфейс между микросхемой КМОП с напряжением питания 5 В и микросхемой LVTTL с напряжением питания 3.3 В — это случай, когда устойчивость к повышенному напряжению отсутствует; вход микросхемы LVTTL перегружен выходным сигналом КМОП микросхемы с напряжением питания V_DD = 5 В. Интерфейс между микросхемами 2.5-вольтовой JEDEC и 5-вольтовой КМОП иллюстрирует случай отсутствия совместимости по напряжению; выходной сигнал высокого уровня на выходе ИС JEDEC не соответствует требованиям к уровню входного сигнала 5-вольтовой КМОП-микросхемы.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОНЯТИЙ УСТОЙЧИВОСТИ К ПОВЫШЕННОМУ НАПРЯЖЕНИЮ И СОВМЕСТИМОСТИ ПО НАПРЯЖЕНИЮ ЛОГИЧЕСКИХ МИКРОСХЕМ

• Устойчивость к повышенному напряжению:

♦ Микросхема, устойчивая к повышенному напряжению, может выдержать на своих входных и выходных выводах напряжение более высокое, чем ее собственное напряжение питания V_DD. Если ИС работает при V_DD = 2.5 В и может выдержать напряжение 3.3 В±10 % на входе, то эта 2.5-вольтовая микросхема является устойчивой к напряжению 3.3 В на входе. Устойчивость на входе и на выходе должна тестироваться и оговариваться в спецификации отдельно.

• Совместимость по напряжению:

♦ Микросхема, совместимая по напряжению, может передавать и принимать сигналы к/от логики, которая работает при напряжении более высоком, чем ее собственное напряжение питания V_DD. Если устройство работает при V_DD = 2.5 В и может нормально передавать и принимать сигналы к/от 3.3-вольтовой логики, то данная 2.5-вольтовая микросхема является совместимой с логикой, работающей при напряжении питания 3.3 В. Совместимость по входу и по выходу должна тестироваться и оговариваться в спецификации отдельно.

Рис. 10.5

СОЕДИНЕНИЕ 5-ВОЛЬТОВОЙ И 3.3-ВОЛЬТОВОЙ ЛОГИКИ С ПОМОЩЬЮ ШИННЫХ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ НА МОП-ТРАНЗИСТОРАХ

При соединении между собой микросхем, работающих при разных напряжениях питания, часто возникает необходимость в дополнительных дискретных компонентах для того, чтобы обеспечить устойчивость к повышенному напряжению и совместимость по напряжению. Например, для того, чтобы получить устойчивость к напряжению между логическими микросхемами, работающими при V_DD равном 5 В и 3.3 В, используется шинный переключатель-преобразователь напряжения, или QuickSwitch™ (Приложение 4,5). Данный шинный переключатель ограничивает напряжение, прикладываемое к ИС. Это делается для того, чтобы входное напряжение не превысило допустимое, к которому получающее устройство устойчиво.

Например, можно поместить шинный переключатель между 5-вольтовой КМОП-логикой и 3.3-вольтовой LVTTL-логикой, и после этого устройства смогут нормально обмениваться данными, как показано на рис. 10.6. Этот шинный переключатель представляет собой МОП-транзистор с каналом n-типа (NMOS FET). Если на затвор транзистора подано напряжение 4.3 В, то максимальная величина напряжения проходящего сигнала составит 3.3 В (примерно на 1 В меньше, чем напряжение на затворе МОП-транзистора). Если напряжение на входе и на выходе не превышает 3.3 В, МОП-транзистор представляет собой небольшое сопротивление (R_ON = 5 Ом). Когда входной сигнал достигает величины 3.3 В, сопротивление МОП-транзистора возрастает, ограничивая таким образом уровень сигнала на выходе. QuickSwitch содержит 10 двунаправленных МОП-транзистора с возможностью управлять напряжением на затворе, как показано на рис. 10.6. Напряжение V_CC QuickSwitch определяет уровень сигнала, управляющего затвором.

Один из путей получения напряжения питания 4.3 В на системной плате, где имеются 5 В и 3.3 В, является включение диода между шиной питания 5 В и выводом V_CC на QuickSwitch. На схеме на рис. 10.6 напряжение 4.3 В генерируется кремниевым диодом и диодом Шотки, соединенными последовательно и подключенными к шине питания 3.3 В. Этот метод позволяет получить более стабильное напряжение смещения на затворе с учетом допустимости 10 % разброса напряжений питания 5 В и 3.3 В. Некоторые шинные переключатели спроектированы для подключения непосредственно либо к шине 3.3 В, либо к 5 В, и напряжение смещения на затворе генерируется внутри данных ИС.

Применение QuickSwitch избавляет от беспокойства по поводу устойчивости микросхем при проектировании устройств с разными типами логики. Одним из полезных свойств шинных переключателей является их двунаправленность; это позволяет проектировщику поместить шинный преобразователь между двумя ИС и обойтись без дополнительной обвязки для входных и выходных сигналов.

Шинный переключатель увеличивает суммарную рассеиваемую мощность, а также общую площадь, занимаемую компонентами системы. Т. к. шинные преобразователи напряжения обычно являются КМОП-схемами, они имеют очень низкое значение потребляемой мощности. Величина рассеиваемой мощности, усредненная за продолжительный период, составляет 5 мВт на один корпус (10 переключателей), и она не зависит от частоты сигналов, проходящих через схему. Шинные переключатели обычно имеют 8-20 выводов на корпус и занимают примерно от 25 до 50 кв. мм. площади платы.

Бывает, что при добавлении интерфейсной логики в схеме возможно увеличение задержки распространения сигнала. Это может привести к появлению множества связанных со временем проблем при проектировании. QuickSwitch обладает очень маленьким временем задержки распространения сигнала (менее 0.25 нc), как показано на рис. 10.7.

УСТОЙЧИВОСТЬ И СОВМЕСТИМОСТЬ ПО НАПРЯЖЕНИЮ, ОБЕСПЕЧИВАЕМАЯ СРЕДСТВАМИ САМОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Требования по низкой потребляемой мощности и хорошей производительности ИС привели к тому, что производители соревнуются между собой в проектировании микросхем, работающих при V_DD = 2.5 В и ниже и при этом совместимых с ТТЛ и КМОП. На рис. 10.8 представлена структурная схема логического вентиля, в котором логическое ядро может работать при пониженном напряжении, тогда как выходной драйвер работает при стандартном напряжении питания, например, 3.3 В.

Технология, которой следовали большинство производителей, заключается в создании отдельного интерфейса для входов и выходов, т. е. драйверы входов и выходов работают при напряжении питания 3.3 В, оставшаяся часть микросхемы — при напряжении 2.5 В, таким образом устройство может быть ТТЛ-совместимым и отвечать требованиям для порогов V_OH и V_OL. Внешнее питание 3.3 В требуется для того, чтобы ИС была устойчива к напряжению 3.3 В. Это приводит к дополнительному усложнению, связанному с наличием двух напряжений питания для чипа, но в перспективе дополнительное напряжение питания будет генерироваться в самой микросхеме.

Более гибкая технология (использованная в DSP серии ADSP-218xM) заключается в обеспечении отдельного интерфейса входов/выходов с отдельным внешним напряжением питания, с возможностью установить это напряжение равным рабочему напряжению ядра процессора, если это необходимо. Такая схема обеспечивает устойчивость к напряжению 3.3 В, если внешнее напряжение составляет 2.5 В; или устойчивость к напряжению 3.3 В и совместимость к 3.3-вольтовым устройствам, если внешнее напряжение равно 3.3 В.

Существуют разработки, в которых используется эта технология частично, например, устройства VCX являются устойчивыми к 3.3 В при напряжении ядра и напряжении интерфейса входов/выходов равном 2.5 В, но они не обладают совместимостью с 3.3-вольтовыми устройствами. Другие существующие проекты и патенты в этой области не поддерживают полностью устойчивость и совместимость и требования по низкому потреблению тока при работе в режиме ожидания.

Существует несколько важных аспектов при разработке устройств с двумя напряжениями питания:

1. Последовательность включения питания: Если требуется два источника питания для обеспечения дополнительной устойчивости/совместимости, то какой должна быть последовательность включения питания? Необходимо ли включать оба источника питания одновременно, или устройство может работать при подаче питания только на ядро или только на интерфейс входов/выходов?

2. Технология производства микросхем и защита от электростатического разряда (ESD): Транзисторы, создаваемые в процессе производства ИС, должны не только выдерживать, но и управлять сигналами высокого напряжения. Создание высоковольтных транзисторов увеличивает себестоимость продукции, т. к. для обеспечения устойчивости к высокому напряжению требуются дополнительные меры. Разработка же устройства со стандартными транзисторами потребует дополнительного схемотехнического усложнения. Кроме того, драйверы входов/выходов должны обеспечивать защиту устройства от электростатического разряда (ESD). В большинстве современных разработок допустимое напряжение на входе ограничено величиной напряжения питания плюс прямое падение напряжения на диоде (0.7 В). Защита от более высокого напряжения требует создания большего количества диодных переходов.

3. Встроенные средства генерации высокого напряжения. Транзисторы с каналами p-типа (PMOS) должны помещаться в область на кристалле, которая подключена к самому высокому имеющемуся на кристалле напряжению, чтобы предотвратить открывание диодного перехода и протекание избыточных токов. Это высокое напряжение может быть или генерировано на кристалле при помощи зарядного насоса, или поступать от внешнего источника. Это требование может сделать осуществление проекта более сложным, т. к. невозможно эффективно использовать зарядные насосы для генерирования высокого напряжения и в то же время обеспечить малый ток потребления в режиме ожидания.

4. Площадь кристалла: Размер кристалла играет решающую роль при уменьшении себестоимости и повышении эффективности. Обеспечение устойчивости и совместимости схемы может потребовать дополнительной площади для драйверов входов/выходов, чтобы получить необходимые параметры.

5. Тестирование: Т. к. сердечник и драйверы входов/выходов могут работать при различных напряжениях питания, тестирование устройства по всем возможным комбинациям напряжений может быть затруднительным, что отражается на общей стоимости продукции.

Интерфейсы между системами с напряжениями питания 3.3 В и 2.5 В

Серия Fairchild 74VCX164245 — это низковольтные 16-битные преобразователи/ приемопередатчики с двойным питанием и с тремя состояниями на выходе. Упрощенная структурная схема показана на рис. 10.9.

Эти устройства используют низковольтный стандарт VCX, который обсуждался ранее. Схема выходного драйвера питается от шины питания V_DDB, обеспечивая устойчивость и совместимость выхода с напряжением V_DDB. Входная схема питается от шины питания V_DDA, и входная логическая схема регулирует уровни порогов на входе логики в соответствии с конкретным значением V_DDA. На рис. 10.10 показаны входные пороги для стандарта VCX при напряжении питания 3.3 В, 2.5 В и 1.8 В. Обратите внимание, что входное напряжение 3.3 В допустимо при любом из трех напряжений питания.

Эти устройства рассеивают около 2 мВт на каждый вход/выход и выпускаются в корпусах TSSOP с 48 выводами и с напряжением питания 2.5 В. Задержка распространения составляет около 3.2 нc.

На рис. 10.11 показано два возможных варианта сопряжения 3.3-вольтовой и 2.5-вольтовой логики. На верхнем рисунке (А) показано прямое включение. Эта схема будет работать, если 2.5-вольтовая ИС обладает устойчивостью к 3.3 В на входе. Если 2.5-вольтовая ИС не является устойчивой к 3.3 В, то может использоваться VCX-преобразователь, как показано на рис. 10.11 (В).

На рис. 10.12 А показано прямое соединение между ИС с напряжениями питания 2.5 В и 3.3 В. Чтобы данная схема работала, выход 2.5-вольтовой микросхемы должен обеспечивать хотя бы 2 В. При отсутствии нагрузки на выходе 2.5-вольтовой микросхемы, вход 3.3-вольтовой ИС соединяется напрямую с шиной +2.5 В через внутреннее сопротивление PMOS транзистора R_ON. Таким образом обеспечивается запас помехоустойчивости 0.5 В при номинальном напряжении питания 2.5 В. Однако ввиду допустимого 10 %-ного разброса напряжение на шине 2.5 В может упасть до минимума в 2.25 В, и запас помехоустойчивости уменьшается до 0.25 В. Эта схема может тем не менее работать при сравнительно "тихом" окружении, но работать на пределе, если в напряжении источника питания присутствует шум.

Добавление "подтягивающего" резистора сопротивлением 1.6 кОм, как показано на рис. 10.12 В, гарантирует, что напряжение на выходе 2.5-вольтовой ИС не упадет ниже 2.5 В при наличии тока на входе 3.3-вольтового устройства, но запас помехоустойчивости все таки уменьшится при напряжении питания 2.25 В. При скважности 50 % данный резистор добавляет примерно 3.4 мВт рассеиваемой мощности на каждый выход.

Более надежный интерфейс между 2.5-вольтовой и 3.3-вольтовой системами показан на рис. 10.12 С; здесь используется преобразователь VCX. С его помощью решаются все проблемы, связанные с запасом помехоустойчивости, имеющиеся в схемах (А) и (В), и он потребляет около 2 мВт на каждый вход.

Заземление в системах со смешанными сигналами

Уолт Кестер, Джеймс Брайант, Майк Бирн

Современные системы обработки данных обычно содержат в себе устройства со смешанными сигналами (mixed-signal devices), такие как аналого-цифровые преобразователи (АЦП), цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), а также быстродействующие цифровые сигнальные процессоры (DSP). Обработка аналоговых сигналов требует большого динамического диапазона, поэтому возрастает роль высокопроизводительных ЦАП и АЦП. Обеспечение широкого динамического диапазона с низкими шумами во враждебном цифровом окружении возможно только при использовании эффективных приемов проектирования высокоскоростных схем, включающих в себя технически грамотную трассировку сигнала, развязку и заземление.

В прошлом "высокоточные низкоскоростные" схемы обычно рассматривались отдельно от так называемых "высокоскоростных" схем. В том, что касается АЦП и ЦАП, частота отсчетов (или обновления на выходе) обычно рассматривалась как критерий скорости работы схемы. Однако следующие два примера показывают, что на практике большинство современных ИС обработки сигналов являются "высокоскоростными" и поэтому должны рассматриваться как таковые для достижения хороших результатов. Это касается цифровых сигнальных процессоров (DSP), АЦП и ЦАП.

Все АЦП выборки (АЦП со схемой выборки-запоминания), используемые в системах обработки сигналов, работают с достаточно высокоскоростными генераторами тактовых импульсов с малым временем нарастания и спада (обычно несколько наносекунд) и должны рассматриваться как высокоскоростные устройства, даже если их производительность (частота отсчетов) представляется невысокой. Например, 12-разрядный АЦП последовательного приближения (SAR) типа AD7892 работает при внутренней тактовой частоте 8 МГц, тогда как его частота отсчетов составляет только 600 кГц.

Для сигма-дельта (Σ-Δ) АЦП также требуется высокочастотный тактовый генератор, т. к. такие АЦП имеют высокий коэффициент передискретизации. 16-разрядный АЦП AD7722 имеет частоту обновления на выходе (эффективную частоту отсчетов), равную 195 кГц, но в действительности производит выборку с частотой 12.5 МГц (в 64 раза выше). Даже так называемые низкочастотные сигма-дельта (Σ-Δ) АЦП промышленного назначения с высоким разрешением (имеющие частоту обновления на выходе от 10 Гц до 7.5 кГц) работают при тактовой частоте 5 МГц или выше и обеспечивают 24-разрядное разрешение (например, микросхемы фирмы Analog Devices типа AD7730 и AD7731).

Еще более осложняет вопрос то, что ИС со смешанными сигналами содержит как аналоговую, так и цифровую части, и поэтому многие возникающие проблемы связаны с неправильным заземлением. К тому же некоторые ИС со смешанными сигналами имеют относительно низкие цифровые токи, в то время как у других они велики. Во многих случаях с точки зрения оптимального заземления эти два варианта должны рассматриваться отдельно.

Проектировщики цифровых и аналоговых устройств склонны рассматривать устройства со смешанными сигналами с различных позиций, и цель этой главы — разработать общую философию заземления, которая будет работать в большинстве устройств со смешанными сигналами, без необходимости изучения специфических деталей их внутреннего устройства.

Поверхности заземления и питания

Обеспечение низкоимпедансных заземляющих поверхностей большой площади очень важно для всех современных аналоговых схем. Заземляющая поверхность действует не только как низкоимпедансный обратный тракт для развязки высокочастотных токов (вызванных работой скоростных цифровых схем), но также минимизирует электромагнитные радиочастотные (EMI/RFI) помехи. Благодаря экранирующему действию заземляющей поверхности чувствительность устройства ко внешним помехам также уменьшается.

Заземляющие поверхности также позволяют передавать высокоскоростные цифровые и аналоговые сигналы с использованием технологий линий передач (полосковую или микрополосковую), там, где требуется получить определенное характеристическое сопротивление линии.

Использование шины-проводника в качестве заземления категорически неприемлемо из-за ее импеданса на частоте, соответствующей скорости переключения большинства логических схем. Например провод калибра 22 стандарта AWG (American Wire Gauge), что соответствует диаметру 0,64 мм, обладает индуктивностью около 20 нГн/дюйм. Проходящий по этому проводу ток, вызванный логическим сигналом и имеющий скорость нарастания 10 мА/нс, будет создавать импульс напряжения величиной в 200 мВ на 1 дюйм провода:

Δv = L∙(Δi/Δt) = 20 nH x 10 mA/ns = 200 mV

Для сигналов, имеющих размах 2 В, это означает ошибку около 200 мВ или 10 % (точность приблизительно 3.5 разряда). Даже в полностью цифровых схемах эта ошибка будет означать значительное уменьшение запаса помехоустойчивости.

Рис. 10.13 иллюстрирует ситуацию, когда цифровой ток, возвращающийся по шине "земли", модулирует аналоговый возвратный ток (верхний рисунок).

Индуктивность и сопротивление провода, по которому течет обратный ток, являются общими для аналоговой и цифровой схем, это и является причиной взаимодействия и приводит к помехам. Одно из возможных решений — заставить обратный ток идти прямо к общей точке GND REF, как показано на нижнем рисунке. Это — иллюстрация фундаментальной концепции заземления «звездой» или системы с одной точкой заземления. Реализовать настоящее одноточечное заземление в системе, которая содержит большое количество высокочастотных трактов, сложно, т. к. физическая длина каждого провода, по которому течет обратный ток, будет вносить паразитное сопротивление и индуктивность, которые могут сделать затруднительным обеспечение низкоимпедансного заземления для токов высокой частоты. На практике тракт возвратного тока должен включать в себя заземляющие поверхности большой площади для того, чтобы обеспечить низкое сопротивления для высокочастотных токов. Таким образом, без низкоимпедансной заземляющей поверхности практически невозможно избежать появления общего для аналоговой и цифровой схем тракта заземления, особенно на высоких частотах.

Все выводы заземления микросхем должны соединяться с помощью пайки прямо с низкоимпедансной заземляющей поверхностью с целью минимизировать последовательную индуктивность и сопротивление. Использование традиционных панелек (разъемов) для микросхем в высокоскоростных устройствах не рекомендуется. Добавочная индуктивность и емкость даже «низкопрофильных» панелек может привести к нарушению работы схемы из-за появления дополнительных трактов. Если панельки всё же должны быть использованы с микросхемой в DIP-корпусе, например, при конструировании прототипа, то имеет смысл использовать «панельку-разъем» или наборную панельку из отдельных гнезд. Существуют панельки-разъемы со встроенным развязывающим конденсатором или без него (по каталогу АМР № 5-330808-3 и 5-330808-6). Они имеют позолоченные пружинные контакты, которые обеспечивают хорошее электрическое и механическое соединение с выводами ИС. Однако многократное использование может ухудшить их параметры.

Выводы питания должны быть развязаны прямо на заземляющую поверхность с помощью низкоиндуктивных керамических конденсаторов для поверхностного монтажа (SMD). Если используется конденсатор для обычного монтажа, то его выводы должны иметь длину не более 1 мм. Керамические конденсаторы должны быть расположены как можно ближе к выводам питания микросхемы. Для дополнительной развязки могут также потребоваться ферритовые бусины.

Двусторонняя или многослойная печатная плата

Каждая печатная плата в системе должна иметь хотя бы один слой, полностью отведенный под заземляющую поверхность. В идеале двусторонняя плата должна иметь одну сторону, полностью отведенную под заземление и вторую — для различных соединений. На практике это невозможно, т. к. частично заземляющая поверхность, разумеется, должна быть удалена для отведения места под дорожки питания и сигналов, межслойные переходы и сквозные монтажные отверстия. Тем не менее как можно больше площади заземляющей поверхности должно быть сохранено, хотя бы 75 % необходимо оставить. После окончания предварительной разводки платы поверхность заземления должна быть аккуратно проверена для того, чтобы убедиться, что не осталось изолированных "островков" заземления, т. к. выводы заземления микросхем, расположенные на таких островках, не будут иметь связи с заземляющей поверхностью. Также заземляющая поверхность должна быть проверена на предмет слишком тоненьких соединений между соседними большими площадями, которые могут значительно уменьшить эффективность заземляющей поверхности. Можно даже и не говорить, что при автоматической разводке платы обычно возникают неполадки в работе устройства со смешанными сигналами, поэтому настоятельно рекомендуем доводить плату вручную.

Системы, в которых интегральные микросхемы для поверхностного монтажа расположены тесно, будут иметь большое число соединений, поэтому здесь нужно использовать многослойные платы. Это позволит хотя бы один слой полностью отвести под заземление. В простой 4-слойной плате два внутренних слоя обычно используются для заземляющей поверхности и поверхности питания, а два внешних слоя — для выполнения соединений между установленными компонентами. Расположение питающей и заземляющей поверхностей в соседних слоях обеспечивает дополнительную межповерхностную емкость, которая способствует высокочастотной развязке тока питания. В большинстве систем четырех слоев недостаточно, и требуются дополнительные слои для трассировки линий сигналов, а также питания.

БЕЗ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НЕ ОБОЙТИСЬ!

• Используйте для заземления (и питания) поверхности большой площади, чтобы обеспечить низкоимпедансный путь для возвратного тока (Необходимо использовать как минимум двустороннюю плату!)

• Двусторонние платы:

♦ Избегайте многочисленных сквозных соединений и межслойных переходов, из-за которых уменьшается площадь поверхности заземления

♦ Отводите под заземление не менее 75 % площади одной стороны платы

• Многослойные платы:

♦ Отведите как минимум один слой под поверхность заземления

♦ Отведите как минимум один слой под поверхность питания

• Используйте по меньшей мере 30–40 % выводов соединителя печатной платы для заземления

• Продолжайте поверхность заземления на материнскую плату до источника питания

Рис. 10.14

Многоплатные системы со смешанными сигналами

Лучший способ минимизировать импеданс заземления в многоплатной системе — использовать "материнскую плату" в качестве объединительной для организации соединения между платами, и, кроме того, обеспечить продолжение заземляющей поверхности на общую плату. В соединителе печатной платы хотя бы 30–40 % выводов должно быть отведено под заземление, и эти выводы должны быть связаны с заземляющей поверхностью на материнской объединяющей плате. Для окончательного завершения устройства заземления системы существуют два способа:

1. Заземляющая поверхность на объединяющей плате может быть соединена с "землей" монтажной панели (шасси) во многих точках, таким образом равномерно распределяя различные пути возвратного тока. Этот способ обычно называется "многоточечным" заземлением и его схема показана на рис. 10.15.

2. Заземляющая поверхность может быть подключена по схеме "звезды" к единственной в системе точке заземления (обычно вблизи источника питания).

Первый подход чаще всего используется в чисто цифровых системах, но может быть использован и в системах со смешанными сигналами, если токи заземления цифровых схем достаточно малы и распределены на больших площадях. Низкий импеданс заземления обеспечивается на всем пути по плате, по объединяющей плате и далее по монтажной панели (шасси). Однако очень важно поддерживать хорошее электрическое соединение в местах, где "земля" связана с металлической монтажной панелью. Для этого необходимы металлические винты-"саморезы" или шайбы с насечками. Особое внимание соединению должно быть уделено там, где в качестве материала монтажной панели используется алюминий, т. к. его поверхность проявляет себя как изолятор.

Второй подход (заземление "звездой") часто используется в высокоскоростных системах с смешанными сигналами, имеющих отдельные аналоговую и цифровую системы заземления, и ниже обсуждается более подробно.

Разделение аналогового и цифрового заземления

В системах со смешанными сигналами с большим числом цифровых схем весьма желательно физически отделить чувствительные аналоговые компоненты от шумных цифровых компонентов. Также пойдет на пользу использование раздельных заземляющих поверхностей для аналоговых и цифровых схем. Эти поверхности не должны перекрываться для того, чтобы уменьшить емкостную связь между ними. Раздельные аналоговая и цифровая заземляющие поверхности продолжаются на объединительной плате с использованием или заземляющей поверхности материнской платы, или "экранирующего заземления", которое выполняется при помощи проводов заземления, чередующимися в разъёме с сигнальными проводами. На структурной схеме, показанной на рис. 10.16, видно, что две заземляющих поверхности на всем своем протяжении идут отдельно до точки заземления "звездой", которая обычно располагается около источника питания.

Соединение заземляющих поверхностей и источника питания в точке заземления "звездой" должно быть выполнено с помощью многочисленных шин или толстого медного жгута для минимизации сопротивления и индуктивности. Пара встречнопараллельных диодов Шотки имеется на каждой печатной плате для предотвращения случайного появления постоянного напряжения между двумя заземляющими системами в момент, когда платы вставляются или вынимаются. Это напряжение не должно превышать 300 мВ, чтобы избежать выхода из строя ИС, которая подключена как к аналоговой, так и к цифровой заземляющим поверхностям. Предпочтительно использовать диоды Шотки, так как они имеют малую емкость и малое падение напряжения в режиме прямого тока. Низкая емкость позволяет избежать связи по переменному току между аналоговой и цифровой заземляющими поверхностями. Диоды Шотки начинают проводить при прямом напряжении около 300 мВ, и если ожидаются большие токи, может понадобиться несколько параллельно соединенных диодов. В некоторых случаях вместо диодов Шотки могут быть использованы дроссели с ферритовыми бусинами, однако они вызывают появление паразитных контуров с замыканием через "землю" по постоянному току, которые могут вызвать проблемы в прецизионных системах.

Обязательно нужно обеспечить сопротивление заземляющих поверхностей как можно меньшим на всем пути к точке заземления "звездой". Переменное или постоянное напряжение более чем 300 мВ между двумя заземляющими поверхностями может не только вывести из строя ИС, но и вызвать ошибочное включение логического элемента и, возможно, переход в фиксированное состояние.

Заземление и развязка ИС со смешанными сигналами и НЕБОЛЬШИМИ ЦИФРОВЫМИ ТОКАМИ

Чувствительные аналоговые компоненты, такие как усилители и источники опорного напряжения, всегда подключаются и развязываются на аналоговой заземляющей поверхности. АЦП и ЦАП (и другие ИС со смешанными сигналами) с небольшими цифровыми токами обычно должны рассматриваться как аналоговые компоненты и также заземлены и развязаны на аналоговой заземляющей поверхности. На первый взгляд это может показаться несколько противоречивым, т. к. преобразователь имеет и аналоговый и цифровой интерфейс, и он имеет выводы, обычно обозначенные как аналоговое заземление (AGND) и цифровое заземление (DGND). Схема, показанная на рисунке 10.17 поможет разобраться с этим кажущимся затруднением.

Внутри микросхем, которые имеют как аналоговую так и цифровую схемы, например АЦП или ЦАП, "земли" обычно разделяются для предотвращения влияния цифровых сигналов на аналоговую часть. На рис. 10.17 показана упрощенная модель преобразователя. Проектировщик ИС ничего не может поделать с индуктивностью и сопротивлением соединений, идущих от контактов на кристалле к выводам корпуса ИС, только оставить их как есть. Цифровые токи, имеющие резкие перепады, создают напряжение в точке В, которое неизбежно передается в точку А аналоговой схемы через паразитную емкость Спараз-К тому же неизбежно присутствует паразитная емкость между каждым выводом корпуса ИС, равная приблизительно 0.2 пФ. И задача проектировщика ИС — заставить микросхему работать, несмотря на это. Однако для того, чтобы предотвратить дальнейшее влияние, выводы AGND и DGND должны быть соединены с аналоговой заземляющей поверхностью кратчайшим путем. Любое дополнительный импеданс в соединении DGND с "землей" приведет к образованию дополнительного цифрового шума в точке В, что, в свою очередь, наведет дополнительный цифровой шум в аналоговой схеме за счет паразитной емкости. Обратите внимание, что при соединении DGND с цифровой заземляющей поверхностью напряжение шума Ушума будет прикладываться между выводами AGND и DGND, что приведет к неудаче!

Обозначение вывода микросхемы как "DGND" говорит о том, что этот вывод связан с цепью заземления цифровой части ИС. Но это не подразумевает, что этот вывод должен быть соединен с цифровым заземлением системы.

Конечно, такая компоновка может привести к появлению небольшого цифрового шума в аналоговой заземляющей поверхности. Но эти токи обычно достаточно малы, и могут быть минимизированы, если гарантировать минимальную нагрузку на выходе преобразователя (обычно преобразователь и проектируется с маломощными выходами). Уменьшение нагрузки на цифровых выходах преобразователя, кроме того, сделает логические переходы сигнала на выходе преобразователя свободными от переходных процессов и минимизирует цифровые токи переключения, и таким образом уменьшит любое возможное влияние на аналоговую часть преобразователя. Вывод питания цифровой части (V_D) может быть дополнительно изолирован от источника аналогового питания при помощи высокодобротного дросселя с ферритовой бусиной, как показано на рис. 10.17. Внутренние импульсные цифровые токи преобразователя будут идти по небольшому контуру от V_D через конденсатор развязки к DGND (этот путь показан на схеме толстой линией). Импульсные цифровые токи, таким образом, не появятся вне контура на аналоговой заземляющей поверхности, а будут циркулировать в контуре. Развязывающий конденсатор на выводе V_D должен быть установлен как можно ближе к преобразователю, чтобы минимизировать паразитную индуктивность. В качестве данных конденсаторов должны быть применены низкоиндуктивные керамические конденсаторы, обычно величиной от 0.01 до 0.1 мкФ.

Внимательно отнеситесь к цифровому выходу АЦП

Всегда полезно подключать буферный регистр к выходу преобразователя (как показано на рис. 10.17) с целью изолировать цифровые цепи преобразователя от шумов, присутствующих на шине данных. Данный регистр также служит для минимизации нагрузки на цифровых выходах преобразователя и действует как экран между этими цифровыми выходами и шиной данных. Даже несмотря на то, что многие преобразователи имеют входы/выходы с тремя состояниями, применение подобного изолирующего регистра остается оправданным. В некоторых случаях для обеспечения большей развязки может быть желательным добавление еще одного буферного регистра на аналоговой заземляющей поверхности после выхода преобразователя.

Последовательно включенный резистор (обозначенный символом R на рис. 10.17) между выходом АЦП и входом буферного регистра помогает минимизировать цифровые импульсные токи, которые могут повлиять на качество работы преобразователя. Этот резистор изолирует драйвер цифрового выхода преобразователя от входной емкости буферного регистра. Кроме того, RC-цепочка, образуемая резистором R и входной емкостью буферного регистра, действует как фильтр низкой частоты и таким образом сглаживает резкие фронты.

Типичный логический элемент КМОП в сочетании с дорожкой печатной платы и сквозным переходом образует емкостную нагрузку величиной около 10 пФ. Скорость переключения логического выхода величиной 1 В/нс вызовет импульс тока в 10 мА, если здесь не будет изолирующего резистора:

I = C∙(Δv/Δt) = 10 пФ х 1 В/нс = 10 мА

Последовательно включенный резистор сопротивлением 500 Ом уменьшит данный выходной ток и в результате увеличит время нарастания и спада импульса до приблизительно 11 нс, если входная емкость регистра будет равна 10 пФ:

tr = 2.2 х τ = 2.2 х R∙C = 2.2 х 500 Ом х 10 пФ = 11 нс

Регистров ТТЛ желательно избегать; они могут заметно увеличить динамические токи переключения, так как имеют большую входную емкость.

Буферный регистр и другие цифровые схемы должны быть заземлены и развязаны на цифровой заземляющей поверхности печатной платы. Обратите внимание, что любой шумовой сигнал между аналоговой и цифровой заземляющими поверхностями уменьшает запас помехоустойчивости цифрового интерфейса преобразователя. Так как запас помехоустойчивости цифровой схемы составляет порядка сотен или тысяч милливольт, это едва ли будет иметь значение. Аналоговая заземляющая поверхность обычно не бывает слишком "шумной", но если шум на цифровой заземляющей поверхности (относительно аналоговой заземляющей поверхности) превышает несколько сотен милливольт, то необходимо предпринять шаги для уменьшения импеданса цифровой заземляющей поверхности, таким образом обеспечивая приемлемый уровень запаса помехоустойчивости цифровой схемы. Ни при каких условиях напряжение между двумя заземляющими поверхностями не должно превышать 300 мВ, иначе ИС может выйти из строя.

Также весьма желательно наличие отдельных источников питания для аналоговой и цифровой схем. Для питания преобразователя необходим "аналоговый" источник питания. Если преобразователь имеет вывод, обозначенный как вывод питания цифровой части схемы (V_D), он должен быть подключен или к отдельному "аналоговому" источнику питания, или подключен через фильтр, как показано на схеме. Все выводы питания преобразователя должны быть развязаны на аналоговой заземляющей поверхности, а все выводы питания цифровых схем должны быть развязаны на цифровой заземляющей поверхности, как показано на рис. 10.18. Если источник "цифрового" питания относительно тихий, он может оказаться вполне пригодным для питания аналоговых схем, но будьте очень внимательны.

В некоторых случаях не представляется возможным подключить вывод V_D к источнику питания аналоговой части. Некоторые из новейших высокоскоростных ИС могут быть рассчитаны на работу аналоговой части при напряжении питания 5 В, в то время как цифровая часть питается от источника +3 В для того, чтобы быть совместимым с 3-вольтовой логикой. В этом случае вывод питания +3 В микросхемы должен быть развязан непосредственно на аналоговую заземляющую поверхность. Также будет благоразумно включить дроссель на ферритовой бусине последовательно с линией питания, которая подключена к выводу питания +3 В цифровой части ИС.

Схема генератора тактовых импульсов должна рассматриваться как аналоговая схема также должна быть заземлена и тщательно разведена на аналоговой заземляющей поверхности. Фазовый шум генератора тактовых импульсов приводит к ухудшению отношения сигнал/шум (SNR) системы, как будет вкратце рассмотрено ниже.

О ГЕНЕРАТОРЕ ТАКТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ

В высокопроизводительных системах дискретизации для генерации тактовых импульсов преобразования АЦП (или ЦАП) необходимо использовать кварцевый генератор с низким фазовым шумом, т. к. фазовый шум (jitter) тактового генератора модулирует аналоговый входной/выходной сигнал и увеличивает уровень шума и искажений. Генератор тактовых импульсов должен быть изолирован от шумных цифровых цепей и заземлен и развязан на аналоговой заземляющей поверхности, точно так же как операционные усилители и АЦП.

Действие фазового шума тактового генератора на отношение сигнал/шум (SNR) аналогово-цифрового преобразователя выражается следующей приблизительной формулой:

где SNR — это отношение сигнал/шум идеального АЦП с бесконечным разрешением, в котором единственным источником шума является шум, вызванный фазовым шумом тактового генератора со среднеквадратичным значением tj. Обратите внимание, что f в приведенном уравнении означает частоту аналогового входного сигнала. Приведем простой пример. Пусть среднеквадратичное значение tj = 50 пс, f = 100 кГц, тогда отношение сигнал/шум SNR= 90 dB, что соответствует 15-разрядному динамическому диапазону.

Необходимо отметить, что tj в приведенном уравнении — это корень из суммы квадратов величин фазового шума внешнего тактового генератора и фазового шума внутренних тактовых импульсов АЦП (называемого апертурным фазовым шумом). Однако в большинстве высокопроизводительных АЦП внутренний апертурный фазовый шум пренебрежимо мал по сравнению с фазовым шумом генератора тактовых импульсов.

Так как ухудшение соотношения сигнал/шум (SNR) в первую очередь связано с фазовым шумом внешнего тактового генератора, необходимо принять меры для того, чтобы генератор тактовых импульсов был насколько возможно малошумящим и имел наименьший из возможных фазовый шум. Это требует применения кварцевого генератора. Существует ряд производителей миниатюрных кварцевых генераторов с низким уровнем фазового шума (сосреднеквадратичным значением менее 5 пс) и с КМОП-совместимым выходом. (Например, MF Electronics, 1O Commerce Dr., New Rochelle, NY 10801, Tel. 914-576-6570.)

В идеале кварцевый тактовый генератор должен находиться на аналоговой заземляющей поверхности в системе с раздельным заземлением. Однако это не всегда возможно по различным причинам. Во многих случаях тактовые импульсы преобразователя необходимо получить из более высокочастотных тактовых импульсов всей системы, которые генерируются на цифровой заземляющей поверхности. Затем эти импульсы должны идти от места их генерации на цифровой заземляющей поверхности к АЦП, находящемуся на аналоговой заземляющей поверхности. Шум между двумя заземляющими поверхностями добавляется непосредственно к тактовому сигналу и приводит к увеличению фазового шума. Этот фазовый шум может ухудшить соотношение сигнал/шум преобразователя, а также вызвать появление нежелательных гармоник.

Данное явление иногда можно устранить, если передавать тактовые импульсы как дифференциальный сигнал с помощью либо небольшого высокочастотного трансформатора, как показано на рис. 10.19, либо с помощью быстродействующих интегральных микросхем дифференциального драйвера и приемника.

Если используется активный дифференциальный драйвер и приемник, то они должны быть выполнены по технологии ECL, чтобы минимизировать фазовый шум. В системе с однополярным питанием +5 В микросхема ECL-логики может быть включена между шиной земли и питания +5 В (PECL), а сигнал с дифференциальных выходов преобразован для подачи на вход тактовых импульсов АЦП. В любом случае, изначальные тактовые импульсы должны быть генерированы с помощью кварцевого генератора с низким уровнем фазового шума.

ИСТОЧНИКИ НЕУДАЧ ПРИ ЗАЗЕМЛЕНИИ СИСТЕМЫ СО СМЕШАННЫМИ СИГНАЛАМИ: ПРИМЕНЕНИЕ ОДНОПЛАТНОЙ СХЕМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ К МНОГОПЛАТНОЙ СИСТЕМЕ

В большинстве технических описаний АЦП, ЦАП и других устройств со смешанными сигналами речь идет о заземлении на единственной печатной плате, обычно оценочной плате, разработанной тем же производителем, что и данная микросхема. Использование этого подхода к многоплатным системам или к системам с несколькими АЦП/ЦАП часто является источником неудач. Обычно рекомендуется разделять заземляющую поверхность печатной платы на аналоговую и цифровую. Далее рекомендуется выводы AGND и DGND преобразователя соединить вместе и соединить аналоговую заземляющую поверхность с цифровой в этой же точке, как показано на рис. 10.20. Это, в сущности, создает в устройстве со смешанными сигналами систему заземления "звезда".

Все шумные цифровые токи протекают от источника "цифрового" питания к цифровой заземляющей поверхности и обратно к "цифровому" источнику, они изолированы от чувствительной аналоговой части платы. Система заземления "звезда" образуется, когда аналоговая и цифровая заземляющие поверхности соединены вместе в той точке, где находится устройство со смешанными сигналами. Хотя этот подход обычно работает в простой системе с одной печатной платой и одним АЦП/ЦАП, он не является оптимальным для многоплатных систем со смешанными сигналами. В системе, имеющей несколько АЦП или ЦАП на различных печатных платах (или на одной, если хотите), аналоговая и цифровая поверхности получаются соединенными в нескольких точках, создавая возможность появления контуров заземления и делая систему заземления в одной точке "звездой" невозможной. По этим причинам такой подход к заземлению не рекомендуется для многоплатных систем; для ИС со смешанными сигналами и небольшими цифровыми токами должен использоваться метод, обсужденный выше.

ВЫВОДЫ: ЗАЗЕМЛЕНИЕ УСТРОЙСТВ СО СМЕШАННЫМИ СИГНАЛАМИ И МАЛЕНЬКИМИ ЦИФРОВЫМИ ТОКАМИ В МНОГОПЛАТНЫХ СИСТЕМАХ

Схема на рис. 10.21 обобщает ранее описанный подход к заземлению в устройствах со смешанными сигналами и небольшими цифровыми токами.

На аналоговую заземляющую поверхность помехи не проникают, т. к. небольшие импульсные цифровые токи протекают по небольшому контуру между V_D, развязывающим конденсатором и DGND (показано жирной линией). Устройство со смешанными сигналами любого назначения рассматривается как аналоговый компонент. Шум V_N между заземляющими поверхностями уменьшает запас помехоустойчивости в цифровом интерфейсе, но обычно он не вреден, если поддерживать его на уровне менее 300 мВ с помощью низкоимпедансной цифровой заземляющей поверхности на всем пути к точке заземления системы "звездой".

Однако устройства со смешанными сигналами, такие как сигма-дельта АЦП, кодеки и DSP со встроенными аналоговыми функциями, становятся все более и более насыщенными цифровыми схемами. Вместе с дополнительными цифровыми схемами цифровые токи и шумы становятся больше. Например, сигма-дельта АЦП или ЦАП содержат сложный цифровой фильтр, который существенно увеличивает цифровой ток в устройстве. Метод, который был обсужден ранее, заключался в помещении развязывающего конденсатора между V_D и DGND с целью удерживать цифровые токи замкнутыми и изолированными в небольшом контуре. Однако если цифровые токи достаточно большие и имеют постоянную или низкочастотную составляющую, развязывающий конденсатор, возможно, должен будет иметь неприемлемо большую емкость. Любой цифровой ток, который протекает вне контура между V_D и DGND, вынужден будет проходить через аналоговую заземляющую поверхность. Это может отрицательно повлиять на работу системы, особенно в системах с высоким разрешением.

Трудно заранее сказать, какая величина цифрового тока, текущего по аналоговой заземляющей поверхности, будет неприемлема для системы. Все, что мы можем сделать в связи с этим — это предложить альтернативный метод заземления, который, возможно, обеспечит лучшую производительность.

ВЫВОДЫ: ЗАЗЕМЛЕНИЕ УСТРОЙСТВ СО СМЕШАННЫМИ СИГНАЛАМИ С БОЛЬШИМИ ЦИФРОВЫМИ ТОКАМИ В МНОГОПЛАТНОЙ СИСТЕМЕ

Альтернативный метод заземления для устройств со смешанными сигналами и большими цифровыми токами показан на рис. 10.22.

Вывод AGND устройства со смешанными сигналами связывается с аналоговой заземляющей поверхностью, а вывод DGND этого устройства связывается с цифровой заземляющей поверхностью. Цифровые токи изолированы от аналоговой заземляющей поверхности, но шум между двумя заземляющими поверхностями прикладывается прямо между выводами AGND и DGND устройства. Чтобы этот метод был успешным, аналоговые и цифровые схемы в устройстве со смешанными сигналами должны быть хорошо изолированы. Шум между выводами AGND и DGND не должен быть настолько большим, чтобы уменьшить запас помехоустойчивости или вызвать нарушение работы внутренних аналоговых схем.

На рис. 10.22 показано место возможного включения встречно-параллельных диодов Шоттки или дросселя на ферритовой бусине для соединения аналоговой и цифровой заземляющих поверхностей. Диоды Шоттки предотвращают появление больших постоянных напряжений или низкочастотных выбросов напряжения между двумя поверхностями. Эти напряжения могут даже повредить ИС со смешанными сигналами, если они превысят 300 мВ, потому что они появляются непосредственно между выводами AGND и DGND. Как альтернатива диодам Шотки дроссель на ферритовой бусинке обеспечивает связь по постоянному току между этими двумя поверхностями, но изолирует их на частотах выше нескольких мегагерц, на которых дроссель-бусинка обретает импеданс. Это защищает ИС от появления постоянного напряжения между выводами AGND и DGND, но связь по постоянному току, обеспечиваемая соединением с ферритовой бусинкой, может привести к появлению нежелательного контура заземления по постоянному току, что может быть неприемлемо для систем высокого разрешения.

Заземление цифровых процессоров обработки сигналов (DSP) с внутренними системами ФАПЧ

Как и при рассмотрении ИС со смешанными сигналами, где просто заземления AGND и DGND было недостаточно, новые процессоры цифровой обработки сигналов (DSP), такие как ADSP-21160 SHARC со встроенной системой ФАПЧ, увеличивают требования к проектированию заземления. Система ФАПЧ ADSP-21160 позволяет внутреннему генератору ядра (определяющему время выполнения инструкций) работать на частоте в 2, 3 или 4 раза (по выбору) превышающей частоту внешнего генератора CLKIN. CLKIN — это частота, на которой работают синхронные внешние порты. Хотя это позволяет использовать внешний генератор более низкой частоты, нужно быть внимательным при соединении питания и заземления с внутренней системой ФАПЧ, как показано на рис. 10.23.

Для предотвращения внутреннего влияния цифровых токов на систему ФАПЧ соединения ФАПЧ с питанием и заземлением производятся отдельно на выводах, отмеченных AV_DD и AGND соответственно. Питание AV_DD +2.5 В должно получаться от питания V_{DD INT} +2.5 В при помощи фильтрующей цепочки, как показано. Это обеспечивает сравнительно бесшумное питание внутренней системы ФАПЧ. Вывод AGND системы ФАПЧ должен быть соединен с цифровой заземляющей поверхностью печатной платы кратчайшим путем. Развязывающие конденсаторы должны быть помещены также на минимальном расстоянии между выводами AV_DD и AGND.

ВЫВОДЫ ПО ЗАЗЕМЛЕНИЮ

Не существует единого метода заземления, гарантирующего 100 % оптимальную работу в любом случае. В этом разделе было представлено несколько возможных вариантов, в зависимости от требуемых характеристик отдельных устройств со смешанными сигналами. Они все применимы, однако предусматривают много возможных вариантов разводки печатной платы.

Обязательно хотя бы один слой платы должен быть отведен под заземляющую поверхность! Предварительное размещение компонентов нужно делать так, чтобы обеспечивать непересекающиеся аналоговую и цифровую поверхности, а в нескольких местах должны быть предусмотрены контактные площадки и межслойные переходы для установки встречно-параллельных диодов Шоттки или дросселей с ферритовыми бусинками, если потребуется. Также должны быть предусмотрены контактные площадки и межслойные переходы, чтобы аналоговая и цифровая поверхности могли быть связаны вместе перемычкой если потребуется.

Выводы AGND устройств со смешанными сигналами обычно должны быть соединены с аналоговой заземляющей поверхностью. Исключение из этого правила — цифровые процессоры обработки сигналов (DSP), такие как ADSP-21160 SHARC, в которых имеются внутренние системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Вывод заземления ФАПЧ отмечен как AGND, но должен быть соединен напрямую с цифровой заземляющей поверхностью для DSP.

КРАТКАЯ ФИЛОСОФИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

• Не существует единого метода заземления, который гарантировал бы 100 % результат во всех случаях!

• Одного и того же результата можно добиться различными методами.

• Хотя бы один слой на каждой плате ДОЛЖЕН быть отведен под заземляющую поверхность!

• Делайте предварительную компоновку так, чтобы аналоговая и цифровая заземляющие поверхности были разделены.

• Предусмотрите на плате контактные площадки и межслойные переходы для встречно-параллельных диодов Шоттки или, возможно, дросселей с ферритовыми бусинками для соединения заземляющих поверхностей друг с другом.

• Предусмотрите устанавливаемые перемычки таким образом, чтобы выводы DGND устройств со смешанными сигналами могли быть связаны с выводами AGND (с аналоговой заземляющей поверхностью) или с цифровой заземляющей поверхностью. (AGND ФАПЧ в DSP должны быть связаны с цифровой заземляющей поверхностью).

• Обеспечьте контактные площадки и межслойные переходы для устанавливаемых перемычек таким образом, чтобы аналоговые и цифровые заземляющие поверхности могли быть соединены вместе в нескольких точках на каждой плате.

• Следуйте рекомендациям технических описаний по устройствам со смешанными сигналами.

Рис. 10.24

НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ПРАВИЛА КОМПОНОВКИ ПЛАТЫ ДЛЯ СИСТЕМ СО СМЕШАННЫМИ СИГНАЛАМИ

Очевидно, что шум может быть минимизирован при тщательной компоновке устройства и при минимизации влияния различных сигналов друг на друга. Аналоговые сигналы высокого и низкого уровней должны быть разделены, и те и другие должны размещаться отдельно от цифровых сигналов. Часто бывает, что в системах с преобразованием сигнала в цифровую форму и обратно сигнал тактовых импульсов (являющийся цифровым сигналом) так же чувствителен к шуму, как любой аналоговый сигнал, но он в то же время способен создавать шум, как и любой цифровой сигнал, поэтому должен быть изолирован как от аналоговых, так и от цифровых систем. Если для выработки тактовых импульсов используется ИС, то только одна частота должна вырабатываться одной ИС. Совмещение тактовых генераторов различной частоты в одной ИС приведет к появлению дополнительного фазового шума и взаимных помех и ухудшит производительность системы.

Заземляющая поверхность может работать как экран, где пересекаются чувствительные сигналы. На рисунке 10.25 показана хорошая компоновка платы сбора данных, где все чувствительные области изолированы друг от друга и пути сигналов укорочены насколько возможно. В тех редких случаях, когда в реальности все так же идеально, этот принцип действует.

Существует ряд важных точек, на которые надо обратить внимание при выполнении соединений питания и сигналов. Во первых, разъем — это одно из мест в системе, где все сигнальные провода должны идти параллельно — значит нужно обязательно перемежать их с проводами заземления (создать электростатический экран), чтобы уменьшить взаимодействие между ними.

Множество выводов заземления важно по еще одной причине: они обеспечивают низкое сопротивление заземления в соединении платы устройства с остальной схемой. Контактное сопротивление одного вывода соединителя печатной платы достаточно низкое (порядка 10 мОм) когда плата новая, когда же плата стареет, сопротивление контактов может увеличиться, и работа платы может быть нарушена. Поэтому очень рекомендуется использовать дополнительные контакты разъема печатной платы так, чтобы было достаточно много соединений заземления (хотя бы 30–40 % от всех контактов разъема печатной платы должны быть контактами заземления). По тем же причинам должно быть несколько контактов для каждого соединения питания, хотя, конечно, не так много, как контактов заземления.

Изготовители высокопроизводительных ИС со смешанными сигналами, такие как Analog Devices, предлагают оценочные платы для того, чтобы помочь заказчикам в их предварительных разработках и компоновке. Оценочные платы АЦП обычно содержат генератор тактовых импульсов с низким фазовым шумом, выходные регистры и необходимые соединения питания и сигналов. Они также могут содержать дополнительные вспомогательные схемы, такие как входной буферный усилитель и внешний источник опорного напряжения.

Компоновка оценочной платы оптимизируется по условиям заземления, развязки и разводки сигналов, и может служить образцом при компоновке платы АЦП в устройстве. Обычно получить разводку такой оценочной платы можно у производителя АЦП в формате САПР (Gerber). Во многих случаях разводка различных слоев показана в технической документации на устройство.

Методы изоляции цифровых сигналов

Уолт Кестер

Одним из средств размыкания паразитных контуров заземления является использование изолирующих методов. Аналоговые изолирующие усилители часто находят применение там, где требуется высокая степень изоляции, например, в медицинском оборудовании. Методы цифровой изоляции обеспечивают надежный способ передачи цифрового сигнала через интерфейс, не вызывающий помех на заземлении.

Оптопары (также называемые оптроны) используются весьма широко и выпускаются различных видов и в различных корпусах. Типичная оптопара, содержащая светодиод (LED) и фототранзистор показана на рис. 10.26. Ток величиной приблизительно 10 мА течет через светодиодный излучатель; излучаемый свет принимается фототранзистором. Света, производимого светодиодом, достаточно, чтобы привести фототранзистор в состояние насыщения. Обычно обеспечивается изоляция на напряжение до 5000–7000 В. Хотя оптопары прекрасно подходят к цифровым сигналам, они слишком нелинейны для большинства аналоговых применений. Кроме того, необходимо понимать, что т. к. фототранзистор работает в режиме насыщения, время нарастания и спада может быть порядка 10–20 мкс в медленных оптопарах, таким образом их применение на высоких скоростях ограничено.

ИЗОЛЯЦИЯ ЦИФРОВОГО СИГНАЛА с помощью СВЕТОДИОДНО-ТРАНЗИСТОРНОЙ ОПТОПАРЫ

• Для передачи сигнала через высоковольтный барьер используется свет

• Излучателем является светодиод, а приемником — фототранзистор

• Изоляция рассчитана на высокое напряжение: от 5000 В до 7000 В

• Устройство нелинейно — подходит для цифрового или частотного сигнала

• Время нарастания и спада в медленных оптопарах может составлять 10–20 мкс

• Пример: Siemens ILQ-1 Quad (http://www.siemens.com)

Рис. 10.26

Более быстродействующая архитектура показана на рис. 10.27, она основана на применении светодиода (LED) и фотодиода. LED и здесь управляется током величиной приблизительно 10 мА. Это обеспечивает выход света, генерирующий ток в получающем фотодиоде, достаточный для образования достоверно высокого логического уровня на выходе усилителя. Скорость может сильно отличаться у различных оптопар, самые быстрые обычно имеют типичную задержку на прохождение 20 нс (максимум 40 нс) и могут обеспечивать скорость данных до 25 MBd. Это соответствует рабочей частоте 12.5 МГц для прямоугольных колебаний и длительности минимально возможного проходящего импульса 40 нс.

ИЗОЛЯЦИЯ ЦИФРОВОГО СИГНАЛА С ПОМОЩЬЮ СВЕТОДИОДНО-ФОТОДИОДНОЙ ОПТОПАРЫ

• Напряжение питания +5 В

• Допустимое напряжение между входом и выходом 2500 В

• Частота цифрового сигнала: максимум 12.5 МГц

• Максимальная скорость данных 25 MBd

• Максимальная задержка на прохождение 40 не

• Типичное время нарастания/спада 9 нс

• Пример: Agilent HCPL-7720

• (http://www.semiconductor.agilent.com)

Рис. 10.27

Микросхемы ADuM1100А и ADuM1100В — это цифровые изоляторы, работа которых основана на технологии изоляции Analog Devices ///«Isolation™. Сочетая в себе высокоскоростную КМОП-схему и монолитный трансформатор без сердечника, эти изолирующие компоненты обеспечивают более высокие рабочие характеристики, чем обычные оптопары, описанные выше.

ИС ADuM1100А и ADuM1100В, выпускающиеся совместимыми по выводам с существующими высокоскоростными оптопарами для обеспечения возможной замены, поддерживают скорость данных 25 MBd и 100 MBd соответственно. Функциональная схема этих устройств показана на рис. 10.28.

ADuM1100А и ADuM1100В работают при напряжении питания либо 3.3 В, либо 5 В, имеют задержку на прохождение меньше 10 нс, асимметрию фронта импульса меньше 2 нс, время нарастания/спада меньше 2 нс. Они работают при очень низком энергопотреблении, ток покоя составляет менее 600 мкА (сумма с излучающей и приемной сторон) и динамическом токе менее 230 мкА на 1 MBd скорости передачи данных. В отличии от обычного трансформатора эти устройства обеспечивают корректную передачу постоянного тока с помощью патентованной схемы обновления, которая постоянно корректирует выходной сигнал.

ЦИФРОВЫЕ ИЗОЛЯТОРЫ ADuM1100A/ADuM1100B

• Напряжение питания +5 В/+3.3 В

• Допустимое напряжение между входом и выходом 2500 В

• Максимальная скорость данных 25 MBd (ADuM1100A)

• Максимальная скорость данных 100 MBd (ADuM1100B)

• Максимальная задержка на прохождение 10 нс

• Типичное время нарастания/спада 2 нс

• Совместимость по выводам с наиболее популярными оптопарами

Рис. 10.28

Микросхемы цифровых изоляторов семейства AD260/AD261 могут пропускать пять цифровых сигналов от/к высокоскоростным процессорам обработки сигналов (DSP), микроконтроллерам или микропроцессорам. Микросхема AD260, кроме того, содержит 1.5-ваттный трансформатор для внешней схемы преобразования постоянного тока; изоляция трансформатора рассчитана на 3.5 кВ.

Каждая канал AD260 может передавать цифровые сигналы с частотой до 20 МГц (40 MBd) с задержкой распространения всего 14 нс, что обеспечивает очень высокую скорость передачи данных. Симметрия выходных импульсов обеспечивается в пределах ±1 нс относительно входных, так что ИС AD260 может быть использована для изоляции сигнала широтно-импульсного модулятора (ITТИМ).

Упрощенная схема одного канала ИС AD260/AD261 показана на рис. 10.29.

Входной сигнал проходит через триггер Шмитта, через D-триггер ("защелку") и специальную преобразующую схему, которая дифференцирует фронты цифрового входного сигнала и управляет первичной обмоткой соответствующего трансформатора сигналом "установить высокий/установить низкий". Вторичная обмотка изолирующего трансформатора управляет приемником с помощью того же сигнала "установить высокий/установить низкий", а приемник восстанавливает исходную форму логического сигнала. Внутренняя схема опрашивает все входы приблизительно каждые 5 мкс и при отсутствии изменений логических уровней передает соответствующие сигналы "установить высокий/установить низкий" через интерфейс. Таким образом, время восстановления из состояния сбоя или при включении питания составляет 5-10 мкс.

Трансформатор питания (присутствующий в ИС AD260) спроектирован для работы на частотах 150–250 кГц и без труда обеспечивает изолированное питание мощностью более 1 Вт при подключении к мостовой схеме (работающей при напряжении питания 5 В) на стороне передатчика. Различные отводы трансформатора, выпрямитель и схемы стабилизаторов обеспечивают комбинацию напряжений ±5, 15, 24 В или даже 30 В и выше. Если трансформатор управляется 5-вольтовой мостовой схемой с низким падением напряжения, то на всей вторичной обмотке размах напряжения будет составлять 37 В от пика до пика.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИФРОВЫХ ИЗОЛЯТОРОВ AD260/AD261

• Изоляция испытана на напряжение 3500 В (AD260B/AD261B)

• 5 изолированных цифровых линий в 6 конфигурациях входов/выходов

• Частота логического сигнала: 20 МГц макс

• Скорость передачи данных: 40 MBd макс

• Изолированный трансформатор питания: 37 в р-р, 1.5 Вт (AD260)

• Симметрия волны при передаче сигнала: ±1 не

• Задержка распространения: 14 нс

• Время нарастания/спада меньше 5 нс

Рис 10.30

Снижение шумов и фильтрация напряжения источника питания

Уолт Джанг, Уолт Кестер, Билл Честнат

Прецизионные аналоговые схемы обычно питаются от источника с хорошим линейным стабилизатором с низким уровнем шума. Однако за последние 10 лет в электронных схемах стали гораздо чаще использоваться импульсные источники (ИИП), и как следствие, они стали использоваться также для питания аналоговых схем. Причины их популярности — высокий КПД, малое повышение температуры, небольшой размер и вес.

Несмотря на эти преимущества, ИИП имеют отрицательные стороны, и самое главное — большой уровень помех на выходе. Эти помехи обычно занимают широкую полосу частот, проявляются в проводимых и излучаемых шумах, а также в нежелательных электрических и магнитных полях. Напряжение выходного шума ИИП представляет собой короткие импульсы или пики напряжения. Хотя значение частоты переключения лежит в пределах 20 кГц-1 МГц, выбросы могут содержать частотные компоненты, достигающие 100 МГц и выше. В спецификации на ИИП обычно указано значение среднеквадратичного напряжения шума, но как потребитель вы должны также знать амплитуду выбросов при определенной нагрузке, соответствующей вашей системе.

В данной главе рассматриваются приемы фильтрации постоянного напряжения со сравнительно небольшими потерями для доведения качества напряжения на выходе ИИП до уровня пригодного для аналоговых устройств, то есть достаточно "тихого" для прецизионных аналоговых схем. Рассмотренные схемные решения фильтров обычно подходят для всех типов источников питания, использующих импульсные элементы в тракте питания. Это относится и к различным преобразователям постоянного напряжения (DC-DC), и к распространенным источникам питания на напряжение 5 В (компьютерным).

Чтобы понять, как шум источника питания действует на аналоговые схемы и системы, необходимо понимание процессов электромагнитного взаимодействия. В каждом случае, связанном с помехами, имеется свой источник, путь и место воздействия (Приложение 1). В целом, существуют 3 метода борьбы с помехами. Во-первых, излучение источника может быть уменьшено с помощью надлежащей разводки, управления временем нарастания импульса, фильтрации и грамотного заземления. Во-вторых, пути проведения и излучения должны быть устранены посредством физического разделения и экранирования. В-третьих, помехоустойчивость объекта воздействия может быть улучшена благодаря фильтрации сигналов и напряжения питания, контролю уровня импеданса, балансу импеданса и использованию дифференциальных технологий для подавления нежелательных синфазных сигналов. Этот раздел посвящен уменьшению уровня шума питания посредством внешних дополнительных фильтров.

Средства, применяемые для борьбы с высокочастотными шумами ПИП, перечислены на рис. 10.31. Они различаются по электрическим характеристикам, а также по их эффективности по части уменьшения шума, и перечислены приблизительно в порядке предпочтения. Из этих средств катушки индуктивности и конденсаторы и являются наиболее действенными фильтрующими элементами, они наиболее выгодны по соотношению цена/эффективность, а также невелики по размеру.

СРЕДСТВА ПОНИЖЕНИЯ ШУМА ИМПУЛЬСНОГО СТАБИЛИЗАТОРА

• Конденсаторы

• Катушки индуктивности

• Дроссели с ферритовыми бусинами

• Резисторы

• Линейный пост-стабилизатор

• Надлежащее размещение и заземление

• Физическое разделение с чувствительными аналоговыми схемами

Рис 10.31

Конденсаторы, пожалуй, самые важные компоненты фильтра для ИИП. Существует много различных типов конденсаторов, и совершенно необходимо разбираться во всех их характеристиках для того, чтобы сконструировать на практике хороший фильтр питания. Существует три больших класса конденсаторов, используемых в фильтрах на частотах 10 кГц-100 МГц, различающихся по типу диэлектрика: электролитические, пленочные органические и керамические. Эти типы могут в свою очередь делиться на подклассы. Кратко основные характеристики конденсаторов приведен в таблице на рис. 10.32

Какой бы диэлектрик не применялся, основная составляющая потерь в конденсаторе выражается через эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), это — суммарное паразитное сопротивление конденсатора. ESR ограничивает эффективность фильтра и требует особого внимания, т. к. в некоторых типах конденсаторов ESR может изменяться в зависимости от частоты и температуры. Другая составляющая, понижающая качество конденсатора, — эквивалентная последовательная индуктивность (ESL). Индуктивностью ESL определяется частота, на которой полная характеристика импеданса конденсатора переходит от емкостной к индуктивной. Эта частота разная — от 10 кГц в некоторых электролитических конденсаторах до 100 МГц или даже больше в керамических конденсаторах для поверхностного монтажа (SMD). ESR и ESL минимизированы в безвыводных компонентах. Все упомянутые типы конденсаторов доступны в исполнении для поверхностного монтажа (SMD), которое предпочтительно для высокоскоростных устройств.

Конденсаторы из семейства электролитических являются прекрасным, эффективным по стоимости низкочастотным компонентом фильтра по причине широкого диапазона значений емкости, большого отношения емкости к объему и широкому диапазону рабочих напряжений. В семейство входит алюминиевый электролитический конденсатор общего применения, который работает при напряжении от 10 В до 500 В, и имеет емкость от 1 до несколько тысяч мкФ. Все конденсаторы этого типа полярные и не могут выдерживать без повреждения более 1 В обратного напряжения. Они также имеют относительно большие токи утечки (до десятков мкА, этот параметр сильно зависит от особенностей конструкции).

В семейство электролитов входят танталовые конденсаторы, обычно рассчитанные на напряжение 100 В и ниже, с емкостью до 500 мкФ (Приложение 3). Танталовые конденсаторы имеют большее значение отношения емкости к объему, чем электролитические конденсаторы общего назначения, и имеют более высокий диапазон частот и низкое значение ESR. Обычно они дороже, чем стандартные электролитические конденсаторы, и должны использоваться с осторожностью, с учетом скорости нарастания и пульсаций тока.

Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют подвид импульсных конденсаторов, который разработан для работы с большим импульсным током на частотах до нескольких сотен кГц и имеют небольшие потери. (Приложение 4). Конденсаторы этого типа конкурируют с танталовыми в высокочастотных фильтрах, имея преимущество в виде более широкого диапазона емкостей.

Более специализированные алюминиевые высокоэффективные конденсаторы типа OS-CON содержат органический полупроводниковый электролит (Приложение 5). Такие конденсаторы имеют значительно более низкое значение ESR и более широкий диапазон частот, чем другие электролитические конденсаторы, и к тому же у них имеется свойство — не слишком снижается значение ESR при низких температурах.

Пленочные конденсаторы имеют очень широкий диапазон значений емкости и разновидностей диэлектриков, в том числе полиэстер, поликарбонат, полипропилен и полистирол. Из-за малой диэлектрической проницаемости этих материалов размеры данных конденсаторов довольно велики; так, например, конденсатор с полиэстеровым диэлектриком на 10 мкФ/50 В имеет размер с ладонь. Металлизированные электроды (по сравнению с электродами из фольги) способствуют уменьшению размеров, но даже конденсаторы с самой высокой диэлектрической постоянной среди конденсаторов этого типа (полиэстер, поликарбонат) все же больше по размеру, чем любой электролитический, даже при использовании самой тонкой пленки с самым низким номинальным напряжением (50 В). Хотя пленочные конденсаторы имеют очень низкие диэлектрические потери, этот фактор не обязательно является преимуществом на практике для фильтра ИИП. Например, ESR в пленочных конденсаторах может быть даже менее 10 мОм, и их свойства в том, что касается добротности, очень хорошие. Но на практике это может вызвать нежелательные резонансные явления в фильтрах, там, где требуется затухание.

Пленочные конденсаторы с конструкцией в виде многослойного рулона могут обладать индуктивностью. Это может уменьшить их эффективность при высокочастотной фильтрации. Разумеется, только неиндуктивные пленочные конденсаторы могут быть использованы в фильтрах ИИП. Один из специфических неиндуктивных типов конденсатора — это многослойный, где пластины конденсатора вырезаны как небольшие слоистые прямые кусочки из большого намотанного барабана, состоящего из слоев диэлектрика/проводника. Эта технология привлекательна низкой индуктивностью конденсаторов (см. Приложение 4,5,6). Очевидно, для лучшей эффективности на высокой частоте длина выводов должна быть минимальной. Также выпускаются конденсаторы с поликарбонатной пленкой, рассчитанные на высокие токи, специально разработанные для ИИП, с различными низкоиндуктивными выводами для уменьшения значения индуктивности ESL. (Приложение 7).

В зависимости от электрических параметров и физических размеров, пленочные конденсаторы могут применяться на частотах до 10 МГц и даже выше. На самых высоких частотах могут применяться только многослойные конденсаторы. Некоторые производители сейчас выпускают пленочные конденсаторы безвыводной конструкции для поверхностного монтажа (SMD), что устраняет проблему индуктивности выводов.

На частоте выше нескольких МГц обычно используют керамические конденсаторы из-за их компактных размеров, низких потерь и наличия номиналов до нескольких мкФ при использовании диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью (X7R и Z5U), с номинальным напряжением до 200 В (см. серию керамических конденсаторов в приложении 3). В конденсаторах ч ипа NP0 (также обозначаемых COG) используется диэлектрик с низкой диэлектрической проницаемостью, они имеют нулевой температурный коэффициент емкости (ТКЕ) плюс низкий коэффициент зависимости емкости от приложенного напряжения (по сравнению с менее стабильными конденсаторами с высоким значением диэлектрической проницаемости). Значения емкостей конденсаторов THnaNPO ограничены величиной 0.1 мкФ и ниже, обычно на практике менее 0.01 мкФ.

Многослойные керамические "чипы-конденсаторы" очень популярны для развязки и фильтрации на частотах 10 МГц и выше, т. к. их очень низкая индуктивность обеспечивает почти оптимальное прохождение радиочастотных сигналов. Керамические чип-конденсаторы с меньшими значениями емкости имеют рабочий диапазон частот до 1 ГГц. Для применения на высоких частотах правильный выбор заключается в выборе конденсатора, который имеет собственную резонансную частоту более высокую, чем самая высокая частота, которая имеется в данной цепи.

Все конденсаторы имеют некоторое конечное значение эквивалентного последовательного сопротивления ESR. В некоторых случаях ESR может даже способствовать подавлению резонансных пиков в фильтрах, обеспечивая некоторое затухание. Например, для большинства электролитических конденсаторов область последовательного резонанса можно найти на графике зависимости импеданса от частоты. Это происходит там, где |Z| падает до минимального уровня, почти равного ESR конденсатора на этой частоте. Данный низкодобротный резонанс может обычно покрывать относительно большой диапазон частот в несколько октав. По сравнению с очень высокодобротными острыми резонансными пиками пленочных и керамических конденсаторов, поведение электролитов может быть полезно при подавлении резонансных явлений.

В большинстве электролитических конденсаторов значение ESR заметно увеличивается при низких температурах, примерно в 4–6 раз при изменении температуры от комнатной до -55 °C. В схемах, для которых значение ESR критично, это может вызвать сбои. Для решения этой проблемы существуют некоторые специальные типы электролитических конденсаторов, например у конденсаторов типа HFQ значение ESR на частоте 100 кГц при -10 °C возрастает не более чем в 2 раза по сравнению со значением при комнатной температуре. Электролитические конденсаторы типа OSCON также имеют достаточно пологие характеристики зависимости ESR от температуры.

Как было замечено, все конденсаторы имеют паразитные свойства, которые ограничивают их эффективность. Эквивалентная электрическая схема, описывающая реальный конденсатор, моделирует ESR, ESL, основную емкость плюс некоторое шунтирующее сопротивление (см. рис. 10.33).

Импеданс реального конденсатора на низких частотах почти чисто емкостной. На средних частотах его импеданс определяется значением ESR, например, для ряда типов, около 0.12-0.4 Ома на частоте 125 кГц. На частотах, превышающих значение примерно 1 МГц, этот конденсатор становится индуктивным, в импедансе доминирует эффект ESL. У всех электролитических конденсаторов кривые изменения импеданса близки по форме к изображенной на рис. 10.34. Минимальный импеданс будет изменяться в зависимости от значения ESR, а диапазон индуктивного импеданса зависит от величины ESL (которая, в свою очередь, сильно зависит от конструкции корпуса).

Что касается катушек индуктивности, в фильтрах источников питания очень часто применяются ферриты — непроводящая керамика, производимая из оксидов никеля, цинка, марганца и других соединений (Приложение 9). На низких частотах (меньше 100 кГц), катушки с ферритовыми сердечниками обладают индуктивностью, поэтому они полезны в низкочастотных LC фильтрах. На частотах более 100 кГц импеданс катушки с ферритовым сердечником становится резистивным, что важно для разработки высокочастотных фильтров. Импеданс индуктивностей с ферритовыми сердечниками является функцией материала, диапазона рабочих частот, постоянного тока смещения, числа витков, размера, формы и температуры. В таблице на рис. 10.35 перечислены основные свойства феррита, а на рис. 10.36 показаны характеристики импеданса некоторых дросселей с ферритовыми сердечниками фирмы Fair-Rite (http://www.fair-rite.com).

ФЕРРИТЫ НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ФИЛЬТРОВ

• Ферриты эффективны на частотах выше 25 кГц

• Существуют ферритовые дроссели разных размеров и форм, в том числе в виде резистора с выводами

• Импеданс ферритового дросселя на высоких частотах преимущественно резистивный, что идеально для фильтра ВЧ

• Небольшие потери на постоянном токе: сопротивление провода, проходящего через феррит, очень невелико

• Существуют варианты с большим током насыщения

• Выбор зависит от:

♦ Источника и частоты помех

♦ Требуемого на частоте помех сопротивления

♦ Окружения: температуры, напряженности постоянного и переменного поля, имеющегося свободного места

• Всегда тестируйте проектируемое!

Рис. 10.35

Несколько производителей ферритов предлагают большой выбор ферритовых материалов самой различной формы, (см. Приложение 10 и 11). Наипростейшая форма — бусинка из ферритового материала, ферритовый цилиндр, который просто надевается на вывод питания для развязки. Также имеются ферритовые бусинки с выводами — это та же бусинка, уже установленная на кусочек провода и используемая как компонент (см. Приложение 11). Более сложные бусинки имеют много продольных каналов в цилиндре для улучшения развязки; существуют и другие варианты. Также существуют бусинки с выводами для монтажа на поверхность (SMD).

Для материалов Fair-Rite имеются модели PSpice, с их помощью можно оценить импеданс катушек с ферритовыми сердечниками (см. Приложение 2). Эти модели разработаны в соответствии с реально измеренным, а не теоретическим импедансом.

Полное сопротивление дросселей с ферритовыми сердечниками зависит от нескольких взаимно зависимых переменных и аналитическому расчету поддается с трудом, поэтому трудно напрямую подобрать требуемый феррит. Однако знание следующих характеристик сделает выбор проще. Во-первых, определите диапазон частот шума, который должен фильтроваться. Во-вторых, должен быть известен ожидаемый диапазон температур фильтра, т. к. импеданс дросселей с ферритовыми сердечниками изменяется в зависимости от температуры. В-третьих, должен быть известен максимальный постоянный ток, протекающий через дроссель, чтобы удостовериться, что феррит не войдет в насыщение. Хотя модели и другие аналитические средства могут подтвердить правильность предпосылок, приведенная выше общая последовательность выбора, подкрепленная несколькими экспериментами с реальным фильтром, с подключенной нагрузкой, соответствующей реальным условиям, должна привести к правильному выбору феррита.

При соответствующем выборе компонентов низко- и высокочастотные фильтры могут быть спроектированы так, чтобы сгладить шум на выходе ИИП и обеспечить пригодное для питания аналоговых схем 5-вольтовое питание. На практике лучше добиваться этого, используя две ступени (а иногда и больше), каждая ступень должна быть оптимизирована для определенного диапазона частот. Для всего постоянного тока нагрузки может быть использовано общее фильтрующее звено, фильтрующее шум на 60 dB илибольше в диапазоне до 1-10 МГц. Этот главный фильтр используется как входной фильтр на печатной плате и обеспечивает широкополосную фильтрацию, общую для всех линий питания печатной платы. Прямо на выводах питания отдельных частей устройства используются более простые локальные фильтрующие звенья, чтобы обеспечить развязку на высоких частотах.

Эксперименты с импульсным источником питания

Для того, чтобы лучше разобраться в проблеме фильтрации ИИП, был проведен ряд экспериментов со следующим устройством: синхронный понижающий импульсный стабилизатор ADP1148 с напряжением на входе 9 В, и напряжением 3.3 В при токе 1 А на выходе.

В добавлении к обычному исследованию формы входных и выходных сигналов, целью этих экспериментов было уменьшить размах выходных пульсаций до уровня меньше 10 мВ — уровня, приемлемого для питания большинства аналоговых схем.

Измерения были сделаны с использованием широкополосного цифрового осциллографа фирмы Tektronix с входной полосой 20 МГц, так что пульсации от импульсного стабилизатора наблюдались очень хорошо. В работающем устройстве пульсации напряжения питания с частотой более 20 МГц лучше всего фильтруются локально на каждом выводе питания ИС при помощи низкоиндуктивного керамического конденсатора и, возможно, последовательно включенного дросселя на ферритовой бусинке.

Для точных измерений пульсаций важно устройство щупа. Был использован стандартный пассивный зонд 1:10 с пружинящим наконечником типа "штыка" для того, чтобы сделать соединение с землей как можно более коротким (см. рис. 10.37). Использование "крокодила" для подобных измерений не рекомендуется, т. к. длинное соединение с землей образует ненужный индуктивный контур, который усиливает высокочастотный шум переключения, нарушая измеряемый сигнал.

Обратите внимание: Схематическое представление соответствующего реального заземления почти невозможно. Во всех последующих схемах соединения с землей выполняются с помощью заземляющей поверхности, используя кратчайший путь, независимо от того, как они обозначены на схеме.

Схема мостового импульсного стабилизатора 9 В —> 3.3 В/1 А на микросхеме ADP1148 показана на рис. 10.38. Форма выходного сигнала понижающего импульсного стабилизатора ADP1148 показана на рис. 10.39. Основная частота переключения около 150 кГц, а выходные пульсации около 40 мВ.

Добавление выходного фильтра, состоящего из катушки индуктивности 50 мкГн и танталового конденсатора 100 мкФ, уменьшает пульсации примерно до 3 мВ, как показано на рис. 10.40.

Последовательно с импульсными стабилизаторами для лучшей стабилизации и понижения шума часто используются линейные стабилизаторы. В этих случаях нужно использовать стабилизаторы с низким падением напряжения (LDO), потому что они требуют только небольшой разницы между входным и выходным напряжением для обеспечения стабилизации. Это уменьшает рассеиваемую мощность в устройстве и может избавить от необходимости использования теплоотвода. На рис. 10.41 показан импульсный понижающий стабилизатор на микросхеме ADP1148, сконфигурированный для работы при напряжении 9 В на входе и 3.75 В при токе 1 А на выходе.

Выход подключен к линейному LDO стабилизатору на ИС ADP3310, сконфигурированному для 3.75 В на входе и 3.3 В/1 А на выходе. Осциллограммы со входа и выхода ADP3310 показаны на рис. 10.42. Заметьте, что стабилизатор уменьшает размах пульсаций с 40 мВ до приблизительно 5 мВ.

При проектировании фильтров питания часто необходимо делать компромиссный выбор. Успех любой схемы фильтра сильно зависит от компактности размещения и использования заземляющей поверхности большой площади. Как уже говорилось, все связи с поверхностью заземления должны быть коротки насколько возможно для минимизации паразитного сопротивления и индуктивности.

Выходные пульсации могут быть подавлены добавлением на выходе конденсаторов с низкими значениями ESR/ESL. Однако более эффективно для уменьшения пульсаций использовать LC фильтр. В любом случае тщательный выбор компонентов существенен. Катушка индуктивности не должна входить в насыщение при максимальном токе питания и ее сопротивление на постоянном токе должно быть достаточно низким, чтобы не возникало значительных падений напряжения. Конденсаторы должны иметь низкие ESR и ESL и выдерживать ток пульсаций.

Линейный стабилизатор с малым падением напряжения (LDO) обеспечивает как уменьшение пульсаций, так и дополнительную стабилизацию и может быть эффективным при условии, что приносимый в жертву КПД не слишком высок.

В конце добавим, что трудно предсказать коэффициент пульсаций на выходе аналитически и не существует другого пути, кроме как изготовить макет с реальными компонентами. Если фильтр испытан и обеспечивает необходимое подавление пульсаций (с каким-то запасом для надежности), будьте уверены в том, что замена компонентов или изменения в поставляемых компонентах не попадут в конечную продукцию без предварительного тестирования схемы на соответствие необходимым параметрам.

ВЫВОДЫ ПО ФИЛЬТРАМ ИИП

• Правильная компоновка и заземление (использование заземляющей поверхности) обязательно

• Конденсаторы с низкими ESR/ESL дают к лучший результат

• Параллельно включенные конденсаторы имеют меньшие значения ESR/ESL и большую емкость

• Для подавления пульсаций очень эффективны внешние LC фильтры

• Для снижения пульсаций и лучшей стабилизации эффективен линейный стабилизатор

• Полностью аналитический подход к расчету затруднен, для получения лучших результатов требуется создание макетов

• Однажды спроектированное — навсегда, не заменяйте составляющие компоненты без предварительной проверки их работы в макете

• На выводах питания ИС все равно необходимо использовать высокочастотную развязку

Рис 10.43

Локальная высокочастотная фильтрация напряжения питания

Описанные в предыдущей главе LC фильтры используются при фильтрации напряжения на выходе импульсного стабилизатора. Однако иногда может быть желательно расположить подобные фильтры на отдельных печатных платах, то есть там, где питание впервые попадает на плату. Конечно, если импульсный стабилизатор расположен на печатной плате, тогда LC фильтр должен быть составной частью схемы стабилизатора.

На каждом выводе питания ИС может также понадобиться локальный высокочастотный фильтр (см. рис. 10.44).

Здесь идеальным выбором являются керамические конденсаторы для поверхностного монтажа (SMD) из-за их низкого значения ESL. Важно сделать соединения с выводами питания и с заземляющей поверхностью как можно более короткими. В случае соединения с землей кратчайшим трактом является межслойный переход к заземляющей поверхности. Трассировка соединения конденсатора с землей к "земляному" выводу ИС не рекомендуется из-за появления дополнительной индуктивности дорожки. В некоторых случаях также может быть желательной ферритовая бусинка на питающем проводе.

Этот перечень является суммирующим руководством по компоновке и конструированию фильтра импульсного источника питания, которое поможет вам быть уверенным, что фильтр работает наилучшим образом:

1. Выберите самую большую величину и номинальное напряжение конденсаторов с учетом заданного пространства. Это уменьшает значение ESR и увеличивает эффективность фильтра. Подберите дроссель, у которого не слишком снижается индуктивность при номинальном постоянном токе и с низким сопротивлением на постоянном токе.

2. Используйте короткие и широкие дорожки печатной платы для понижения падения напряжения и уменьшения индуктивности. Делайте дорожки шириной минимум 0,2 дюйма на каждый дюйм длины для обеспечения наименьшего сопротивления на постоянном токе, и используйте платы с медным покрытием толщиной 1–2 унции/кв. фут (0,035-0,070 мм) также чтобы уменьшить падение напряжения IR и индуктивность дорожки.

3. Используйте короткие выводы, а еще лучше безвыводные компоненты, чтобы уменьшить индуктивность выводов. Это минимизирует даже возможность излишней ESL и/или ESR. Предпочтительны компоненты для поверхностного монтажа (SMD). Делайте все соединения с заземляющей поверхностью как можно короче.

4. Используйте заземляющую поверхность больших размеров для минимизации импеданса.

5. Выясните как ведут себя компоненты при различных частотах, температуре, токах! Используйте модели компонентов PSpice для моделирования прототипа и убедитесь, что лабораторные измерения соответствуют результатам моделирования. Хотя моделирование не является необходимостью, оно придает уверенность при проектировании, когда соответствие достигнуто (см. Приложение 15).

Локальная развязка процессоров DSP с высокой плотностью выводов

Процессоры DSP в корпусах с большим количеством выводов требуют специального подхода при локальной развязке ввиду их больших цифровых токов. Типичная компоновка развязки выглядит как показано на рис. 10.45.

Конденсаторы для поверхностного монтажа помещаются на верхнюю сторону печатной платы на рис 10.45 А. Для семейства SHARC рекомендуется восемь керамических конденсаторов по 0.02 мкФ. Они должны быть расположены как можно ближе к корпусу. Соединения с выводами V_DD должны быть как можно более короткими с использованием широких дорожек. Соединения с землей должны делаться прямо на заземляющую поверхность с помощью межслойных переходов. Менее предпочтительный метод показан на рис. 10.45 В, где конденсаторы расположены на задней стороне печатной платы под корпусом. Если заземляющая поверхность под корпусом пронизана большим количеством сигнальных межслойных переходов, обратный ток конденсатора должен идти на внешнюю заземляющую поверхность, которая может быть не слишком хорошо связана с внутренней заземляющей поверхностью через межслойные переходы.

Печатная плата для корпуса BGA (выводы в виде матрицы шариков) показана на рис 10.46.

Обратите внимание, что все связи с шариками должны быть сделаны при помощи межслойных переходов к другим слоям платы. Для таких блоков часто всего используется структура дорожки в виде "кости". Затененная зона показывает положение паяльной маски. Также, как в случае с блоком PQFP, локальные развязывающие конденсаторы должны быть расположены как можно ближе к блоку с короткими связями с выводами V_DD и прямыми связями через межслойные переходы к слою заземляющей поверхности.

На рис. 10.47 показана приблизительная компоновка питания и заземления для DSP типа ADSP-21160 в корпусе BGA 27x27мм с 400 шариков. Шаг шариков составляет 1.27 мм. Примерно 84 шарика используются в центре структуры для соединения с землей. Соединения с напряжением питания ядра (40 шариков) и с напряжением внешней части (46 шариков) окружают шарики заземления. Оставшиеся внешние шарики используются для различных сигналов.

Расположенные в центре шарики заземления выполняют двойную функцию. Их первая функция обеспечивать низкоимпедансную связь со слоем заземляющей поверхности. Вторая функция — отводить от корпуса тепло на заземляющую поверхность, т. е. служить теплоотводом, т. к. устройство должно рассеивать при работе в среднем около 2.5 Вт. Добавление внешнего теплоотвода, как показано, понижает еще больше температурное сопротивление переход-среда.

Работа с высокоскоростной логикой

О согласовании нагрузки дорожек печатных плат с их характеристическим импедансом с целью избежать отражения, было написано много. Хорошее правило о том, когда это необходимо, звучит так: Нагружайте линию на её характеристический импеданс в случае, если задержка на прохождение сигнала по дорожке печатной платы больше либо равна половине времени нарастания/спада (того, что быстрее) этого сигнала. Консервативный метод заключается в использовании критерия 2 дюйма (длины дорожки) на наносекунду (времени нарастания/спада). Например, дорожка платы для высокоскоростной логики со временем нарастания/спада в 1 нс должна быть нагружена на ее характеристическое сопротивление, если длина дорожки равна или больше 2 дюймов (включая все изгибы). Рис. 10.48 показывает типичное время нарастания/спада для нескольких логических семейств, включая SHARC-DSP, работающие от питания 3.3 В.

Как и ожидалось, время нарастания/спада является функцией емкости нагрузки.

Это же самое правило 2 дюйма/нс должно быть использовано в аналоговых схемах при определении того, какими должны быть линии передачи. Например, если у усилителя на выходе максимальная частота f_max, тогда время нарастания t_r вычисляется по формуле t_r = 0.35/f_max. Максимальная длина дорожки платы вычисляется через умножение времени нарастания на 2 дюйма/нс. Например, максимальная частота на выходе 100 МГц соответствует времени нарастания 3.5 не, тогда при длине дорожки, по которой проходит этот сигнал, больше 7 дюймов, она должна рассматриваться как линия передачи.

Выражение 10.1 может быть использовано для определения характеристического импеданса дорожки платы, отделенной от поверхностей питания/заземления диэлектриком платы (микрополосковая линия передачи):

 (Выражение 10.1)

где

ε_r — диэлектрическая постоянная материала печатной платы,

d — Толщина платы между металлическими слоями, в mils,

w — ширина металлической дорожки, mils,

t — толщина металлической дорожки, mils.

Время прохождения сигнала в одну сторону по одной металлической дорожке над поверхностью питания/заземления будет определяться из соотношения 10.2:

 (Выражение 10.2)

Например, на стандартной 4-слойной плате может применяться медная дорожка 8 mil шириной, в 1 унцию/кв. фут (0.035 мм) толщиной, отделенная диэлектрическим материалом FR4 (ε_r = 4.7) 0.021 дюйма толщиной.

Характеристический импеданс дорожки и время прохождения сигнала в одну сторону по такой дорожке будет 88 Ом и 1.7 нс/фут (7 дюймов на наносекунду), соответственно.

Наилучший способ уберечь чувствительные аналоговые схемы от влияния быстрой логики является их физическое разделение и использование не более быстрых семейств логики, чем требуется в системе. В некоторых случаях может потребоваться использовать нескольких семейств логик в системе. Альтернатива этому — использование последовательно включенных резисторов или ферритовых бусинок для снижения скорости переходов там, где скорость не требуется. На рис. 10.49 показано два метода.

В первом последовательный резистор и входная емкость образуют НЧ фильтр. Обычная входная емкость КМОП-структуры составляет от 5 пФ до 10 пФ. Располагайте последовательные резисторы как можно ближе к выходу управляющего логического элемента схемы. Резистор уменьшает проходящий ток и может избавить от необходимости использования методов линии передач. Сопротивление резистора должна выбираться таким образом, чтобы скорость нарастания/спада на получающей логике было достаточным, чтобы отвечать требованиям системы, но не больше. Также убедитесь, что сопротивление резистора не настолько большое, что логические уровни на приемнике выходят за рамки спецификаций из-за падения напряжения вызванного током от источника к приемнику, который протекает через резистор. Второй метод подходит при больших расстояниях (больше 2 дюймов), когда добавочная индуктивность замедляет скорость нарастания импульса. Обратите внимание, что оба метода увеличивают задержку времени нарастания/спада сигнала. Это нужно учитывать в связи с общим временным бюджетом, где дополнительная задержка может быть неприемлема.

На рис. 10.50 показана ситуация, где несколько DSP должны быть связаны в одной точке, как может быть в случае, когда сигналы записи/чтения идут двунаправленно от нескольких DSP.

Небольшой демпфирующий резистор, показанный на рис. 10.50 А, может уменьшить "звон" переходного процесса, при условии, что длина разнесения меньше 2 дюймов. Этот метод также увеличивает время нарастания/спада и задержку на прохождение. Если должны быть соединены две группы процессоров, то одного резистора между парами процессоров достаточно, чтобы подавить переходный процесс (Рис. 10.50 В).

Единственный способ сохранить время нарастания/спада, равным 1 нс или меньше на расстоянии большем, чем 2 дюйма без "звона", — это использовать методы линии передач. Рис. 10.51 показывает два распространенных метода согласования нагрузки: конечная нагрузка и нагрузка источника. Метод конечной нагрузки (Рис. 10.51 А) нагружает кабель в точке нагрузки на сопротивление, равное характеристическому импедансу микрополосковой линии.

Хотя можно использовать и более высокое сопротивление, чаще используется 50 Ом, т. к. при такой величине уменьшается эффект рассогласования нагрузки из-за входной емкости логического входа (обычно 5-10 пФ). На рис. 10.51 А кабель нагружен на делитель, представляющий 50-омную нагрузку для переменного тока и обеспечивающий напряжение +1.4 В (середина между логическими порогами 0.8 В и 2 В). При этом требуется использовать два сопротивления (91 Ом и 120 Ом), что добавляет около 50 мВт к общей рассеиваемой мощности в схеме. На рис. 10.51 А также показаны значения сопротивлений резисторов нагрузки при напряжении питания +5 В (68 Ом и 180 Ом). Обратите внимания, что в линиях передачи 3.3-вольтовая логика намного предпочтительнее из-за симметричности перепадов напряжения, большей скорости и меньшей потребляемой мощности. Имеются драйверы линий с несимметричностью импульсов меньше чем 0.5 нc, обеспечивающие токи втекания/вытекания более 25 мА, и временем нарастания/спада около 1 нc. Шум переключения от 3.3 В логики обычно меньше, чем от 5 В логики, из-за уменьшения размаха сигнала и меньших протекающих токов.

Метод нагрузки источника, показанный на рис. 10.51 В, обеспечивает поглощение отраженных волн при помощи сопротивления, равного характеристическому импедансу линии передачи. Для это требуется резистор сопротивлением около 39 Ом, включенный последовательно с внутренним выходным сопротивлением драйвера, которое обычно составляет около 10 Ом. При этом методе требуется, чтобы конец линии передачи был не нагружен, поэтому дополнительное разветвление по выходу не допускается. Метод нагрузки источника не увеличивает суммарную мощность рассеивания.

На рис. 10.52 показан метод распределения высокоскоростных тактовых импульсов по нескольким устройствам. Проблема здесь заключается в том, что появляется небольшой сдвиг между импульсами из-за задержки на прохождение микрополосковой линии (около 1 нс/7”). В некоторых случаях время сдвига может быть критичным. Важно обеспечивать длину отвода от линии к каждому устройству не более 0.5 дюйма, чтобы предотвратить рассогласование на протяжении всей линии передачи.

Метод, показанный на рис. 10.53, уменьшает сдвиг тактовых импульсов между получающими устройствами посредством использования нагрузки источника и обеспечением одинаковой длины каждой микрополосковой линии. Здесь нет дополнительного рассеивания мощности, как в случае с конечной нагрузкой.

Рис. 10.54 показывает, как метод нагрузки источника может использоваться в двунаправленной линии между SHARC DSP. Выходное сопротивление драйвера SHARCa составляет примерно 17 Ом, и следовательно, требуется последовательное сопротивление в 33 Ом на каждый конец линии передачи для хорошего согласования.

Метод, показанный на рис. 10.55, может использоваться при двунаправленной передаче сигналов от нескольких источников по сравнительно длинной линии передач. В этом случае линия нагружается с обеих концов, и в результате сопротивление нагрузки составляет в 25 Ом для постоянного тока. Драйверы SHARCa способны обеспечивать корректные логические уровни на такой нагрузке.

ЭЛЕКТРОНИКА

Помехоустойчивые устройства

А. Кузнецов

Типичные помехи

Источников помех, способных вызвать сбой или отказ устройства, существует бесчисленное множество. Однако наиболее часто встречаются следующие помехи:

Наносекундные помехи, вызванные срабатыванием механических контактов выключателей и реле. В зарубежной литературе этот вид помех называется EFT — Electric Fast Transients.

Микросекундные помехи, связанные с работой реактивных элементов в цепях мощных нагрузок (зарядка конденсаторов, а также отдача энергии, накопленной в обмотках моторов, соленоидов, и пр.). В зарубежной литературе этот вид помех называется Surge.

Помехи от электростатических разрядов, в основном — помехи возникающие при касании "наэлектризованным" человеком различных электрических цепей. В зарубежной литературе этот вид помех называется ESD — Electrostatic Discharge Помехи, вызванные работой близкорасположенных радиопередатчиков

Помехи от мощных природных или искуственных источников энергии, прежде всего — от грозовых разрядов.

Существуют российские и международные стандарты, оговаривающие требования к электромагнитной совместимости (ЭМС). Стандарты аккумулируют многолетний инженерный опыт. Однако сами по себе стандарты являются тяжело усваиваемым материалом, малопригодным для непосредственного руководства при проектировании или анализе поведения устройств. Стандарты разработаны таким образом, чтобы при испытании устройств достаточно аккуратно имитировать реальные помехи.

Целесообразно все помехи разделить на три абстрактных типа:

НП: Наносекундные помехи

МП: Мощные помехи

РП: Радиочастотные помехи

Практически все реальные помехи могут быть представлены как комбинации этих трех абстрактных. Например, EFT помехи — это пачки наносекундных помех НП, a eESD — это комбинация одиночной НП и одиночной МП. Поэтому, если устройство устойчиво ко всем трем абстрактным типам помех, то с высокой степенью вероятности оно будет устойчиво и к реальным помехам, независимо от их происхождения.

Вопрос устойчивости к МП в большой степени является вопросом обеспечения надежности, пожаробезопасности и электробезопасности. Вопросы обеспечения устойчивости к МП и РП в данной статье не рассматриваются.

Наносекундные помехи

Этот тип помех является причиной большинства сбоев. При всем своем разнообразии, наносекундные помехи обладают некоторыми общими свойствами:

Одиночная НП — это почти дельта-функция, у нее черезвычайно широкий спектр, до гигагерц. НП имеет ничтожную энергию, в отличие от МП она как правило не "выжигает" радиоэлектронные устройства, а вызывает обратимый сбой

Сбоить могут только устройства, обладающие памятью, такие как микропроцессоры, счетчики, и пр. Для чисто комбинационных цифровых схем понятие "сбой" теряет смысл, т. к. они автоматически возвращаются в нужное состояние по окончании НП. Заметим, что аналоговые схемы тоже могут обладать "памятью" в виде емкостей или индуктивностей.

Чтобы лучше представить себе этот тип помех, полезно обратиться к стандарту МЭК 61000-4-4 (ГОСТ Р 51317.4.4-99). В нем сказано, что EFT помехи должны имитироваться пачками треугольных импульсов. Длительность переднего фронта у каждого импульса 5 не, длительность импульса 50 нс на уровне 50 %. Внутреннее сопротивление генератора импульсов 50 Ом, генератор должен быть заземлен.

Амплитуда НП-импульсов зависит от того, к какому классу по помехоустойчивости должно относиться испытуемое устройство, а также от того, куда подаются импульсы при испытании, см. табл 1. Возможны испытания и более жесткие, чем указанные в таблице, если это требуется по условиям эксплуатации прибора. Однако в подавляющем большинстве случаев перечисленных в таблице степеней жесткости достаточно. Самые легкие испытания применяются к бытовой технике, самые жесткие — к промышленным и бортовым устройствам.

В линии питания и заземления тестовые НП импульсы инжектируются непосредственно, без развязки. С учетом достаточно низкого сопротивления генератора сигналов, величины импульсных токов, протекающих в цепях земли, могут достигать огромных величин. Импульсные токи НП, протекающие по земляным цепям устройства, создают заметные падения напряжений между различными земляными точками, это может вызвать сбой.

В сигнальные цепи тестовые НП импульсы инжектируются через "емкостные клещи", куда по очереди закладываются все провода, приходящие к устройству. Емкость связи невелика, единицы пикофарад, но для НП импульсов даже сравнительно малые емкости не являются серьезным препятствием, настолько широк их спектр. НП, приходящая в устройство с сигнальных цепей, рано или поздно или поздно попадает на землю устройства и далее проходит теми же путями, как и НП, инжектированная в цепь заземления. Поскольку, согласно стандарту, амплитуда сигнальной НП вдвое меньше чем земляной, попавшая на землю сигнальная НП в дальнейшем уже не может вызвать эффекта худшего, чем земляная НП. Однако до того как сигнальная НП попадет на землю, она может вызвать сбой непосредственно в цепях, связанных с данным сигналом.

Стандарт оговаривает, что испытуемое устройство должно находиться на изолирующей подставке на расстоянии 100 мм от сплошной заземленной поверхности. Это немаловажное требование, т. к. между устройством и землей образуется емкостная связь, иногда одного этого достаточно для сбоя.

На фиг.1 условно показано некое устройство, состоящее из узлов 1…4. Узлы 1 и не подключены ко внешним цепям, но они могут сбиваться из-за "перекосов" внутренней земли, вызванными прохождением тока помехи Ignd (на фиг.1 показана помеха инжектируемая в линии заземления). Узлы 3 и 4 подключены к внешним устройствам, поэтому, помимо сбоев из-за "перекосов" земли, дополнительно они подверженны сбоям из-за помеховых токов I1 и I2, проходящих через их терминалы.

Два типа проверок, оговоренных стандартом (со стороны земли и со стороны сигналов), взаимодополняют друг друга.

Оговоренные стандартом проверки, а также фиг.1, позволяют выделить три составляющих помехоустойчивости устройства к НП, рассматриваемые далее более подробно:

— Внутренняя земля устройства

— Барьеры

— Емкостные связи

Внутренняя земля устройства

Как уже упоминалось, в момент прохождения НП по внутренней земле устройства создается заметная разность потенциалов между различными точками земли ("перекосы"). Например, если узлы 1 и 2 (см фиг.1) являются цифровыми узлами, собранными на ТТЛШ логике, то разность напряжений примерно в 1 В между точками "а" и "б" способна вызвать сбой.

Основную роль в создании падений напряжений играет не резистивная, а индуктивная составляющая цепей заземления. За счет огромной крутизны передних фронтов НП, даже мизерных индуктивностей земляных полигонов или земляных слоев в печатных платах бывает достаточно для сбоя.

Рассмотрим эквивалентную схему фиг.2.

Источник помехи — генератор треугольных импульсов Vgen. Фронт нарастания помехи 5 нс, длительность по уровню 50 % равна 50 нс (см. эпюру напряжения на фиг.2), сопротивление источника помехи Rgen равно 50 Ом, как оговорено стандартом. Амплитуда помехового импульса 1 кВ, что соответствует сравнительно "мягким" испытаниям согласно табл.1.

Конденсатор Ccp1 представляет собой емкость связи, a Lw — индуктивность проводов, подключенных к устройству. Для схемы фиг.1 емкость связи Ccp1 состоит из параллельно включенных Cx1, Сх2 плюс, возможно, емкостей, привносимых внешними устройствами.

Индуктивность Lw представляет суммарную индуктивность всех проводников на пути помехи, за исключением индуктивности земли на рассматриваемом участке (в нашем случае — на участке "а"-"б" фиг.1), которая обозначена как Lgnd. Предположим, что индуктивность земли Lgnd равна 10 нГ, а индуктивность остальных цепей — 100 нГ.

Для ориентировки, печатный проводник шириной 5 мм и диной 10 мм имеет индуктивность более мГ; проводник шириной 0.35 мм и длиной 10 мм — примерно 17 мГ. Квадратный полигон размером 25x25 мм имеет индуктивность более 20 мГ.

Фиг. 3 показывает падение напряжения на L_gnd для следующих случаев:

• C_СР1 = 10 пФ, Lw = 100 нГ

• C_СР1 = 100 пФ, Lw = 100 нГ

• C_СР1 = 0.1 мкФ, Lw = 100 нГ

• C_СР1 = 0.1 мкФ, Lw = 0

При прохождении помехи на индуктивности внутренней земли устройства создается падение напряжения достаточное для сбоя. Увидеть такую помеху в земле схемы при помощи запоминающего осциллографа весьма затруднительно по ряду причин, в том числе — по причине ограниченной скорости сэмплирования большинства современных осциллографов.

Из этого следует, что даже сплошной земляной слой не спасет устройство фиг.1 от сбоев, и в нем "перекосы" земляных потенциалов при прохождении НП могут достигать десятков вольт.

Устойчивость устройства к воздействию НП не может быть достигнута только за счет утолщения земляных проводников, заливки свободных мест печатной платы земляными полигонами или использования многослойных плат. За счет одних только "толстых" земель можно получить выигрыш в помехоустойчивости примерно в 1.5–3 раза, что, на фоне помеховых сигналов фиг.3, совершенно недостаточно.

Развязка внешних сигналов при помощи оптронов тоже слывет хорошим средством повышения помехоустойчивости, но на самом деле не является надежной защитой от НП. Типично емкость оптрона равна 0.5 пФ, при подстановке этого значения в качестве Ccp1 падение напряжения на индуктивности Lgnd в схеме фиг.2 уменьшается до 4 В, что все равно достаточно для сбоя. Если устройство имеет несколько опторазвязанных линий ввода-вывода, то емкость Ccp1 будет, соответственно, больше.

Радикального уменьшения помехового напряжения во внутренней земле устройства можно достичь если правильно скомпоновать устройство и выбрать оптимальную точку заземления. Например, вполне очевидно, что во внутренней земле устройства фиг.4 помеховые токи вообще не текут на участке "а" — "в", соответственно, у узлов 1 и 2 нет причин для сбоя.

Устройство фиг.4 можно представить так: внутренняя земля устройства разделена на две части, чистую ("а"-"в") и грязную (в-г). По чистой земле помеховые токи не протекают, к этой земле можно присоединять все узлы, потенциально чувствительные к помехам (узлы 1 и 2). Помеховые токи текут только по грязной земле, с которой можно связывать только узлы нечувствительные к помехам (узлы 3 и 4).

Реальная картина вряд ли будет настолько идиллическая, как показанная на фиг.4. Паразитную емкость Сх очень редко удается сосредоточить только в грязной земле, частично она существует и в чистой левой части. За счет этой емкости полностью избавиться от помеховых токов в чистой земле не удается.

Проиллюстрируем сказанное несколькими примерами.

Пример 1

На фиг.5 представлена схема кварцевого генератора микроконтроллера. Основу генератора составляет скоростной инвертирующий усилитель, встроенный в микроконтроллер. Режим работы по постоянному току задается встроенным высокоомным резистором, включенным между входом и выходом этого усилителя. Для корректной работы генератора дополнительно к внешнему кварцевому резонатору X1 требуются два конденсатора малой емкости, С1 и С2. Конденсаторы и земляная ножка микропроцессора подключены к внутренней земле устройства.

Точки подключения конденсаторов и микроконтроллера к земле печатной платы играют существенную роль. Малейший перекос земляных потенциалов между С1 и VSS, возникающий при прохождении НП по земле устройства, будет многократно усилен и попадет внутрь микроконтроллера как ложный короткий тактовый импульс. Поскольку длительность ложного тактового импульса намного меньше чем длительность "настоящих" тактовых импульсов, внутренняя логика микропроцессора может придти в непредсказуемое состояние. Микропроцессор "зависнет", и не всякий встроенный сторожевой таймер сможет его сбросить, так как в некоторых микроконтроллерах сторожевые таймеры тактируются от общего генератора, и сами могут "зависнуть" после воздействия такой помехи.

На фиг.6 показаны примеры разводки этого узла на печатной плате.

Фрагмент слева разведен обычным образом, в предположении что потенциалы земель во всех точках печатной платы равны. Конденсаторы С1 и С2 подключены к земле точно так же, как и все остальные элементы схемы, толщина земельных проводников выбрана большой. Такая разводка встречается часто, но, к сожалению, она не обеспечивает хорошей помехоустойчивости.

Фрагмент справа разведен таким образом, чтобы помеховый ток не протекал по дорожке, соединяющей конденсаторы С1 и С2 с земляной ножкой микроконтроллера. Эта дорожка образует участок чистой земли. Помехоустойчивость устройства с такой разводкой максимальна.

Пример 2

Вход сброса микроконтроллера является еще одной цепью, подверженной влиянию наносекундных помех. Нередко разработчики игнорируют этот очевидный факт и используют разветвленную цепь сброса, непосредственно подключенную к различным узлам на плате. Перекос земель между источником сигнала сброса (часто это супервизор питания) и микроконтроллером вызывает ложный сброс устройства.

Схемотехнически решить эту проблему нетрудно, достаточно на вход микроконтроллера добавить простую RC-цепочку, как показано на фиг.7. Однако такое решение должно сопровождаться и правильной разводкой земель, иначе никакой пользы оно не принесет.

Требования к разводке дорожки, соединяющей С3 с земляной ножкой микроконтроллера, такие же как для первого примера: никакие другие детали кроме С3 к этой дорожке подключать нельзя. Исключение составляют только конденсаторы обвязки кварца (С1 и С2 на фиг.5).

Пример 3

Обеспечить высокую помехоустойчивость устройства можно на этапе общей компоновки. Типичное устройство, при компоновке которого вопросы помехоустойчивости не были приняты во внимание, показано на фиг. 8. Для подключения внешних сигналов и питания в нем использованы все четыре кромки печатной платы. Микропроцессор расположен почти в центре печатной платы, то есть в месте максимально подверженном влиянию наносекундных помех. В случае использования сплошной земли, очень вероятно что такое устройство будет сбоить.

Не меняя компоновки, существенного улучшения помехоустойчивости в таком устройстве можно достичь, если разделить земли на чистую и грязную, как условно показано на фиг.8. Наружный контур земли является грязной землей, он специально предназначен для распространения наносекундных помех. К грязной земле нельзя подключать устройства, чувствительные к помехам.

Внутренний "полуостров" чистой земли соединен с грязной землей в одной точке. Во все сигнальные линии, проходящие между чистой и грязной землями, необходимо добавить резисторы или дроссели, чтобы преградить путь помехам (барьеры).

Дальнейшее улучшение помехоустойчивости достигается перекомпоновкой устройства, как показано на фиг.9. Видно, что все терминалы сосредоточены с одной "грязной" стороны платы. Тем самым путь распространения помех по земле платы значительно сокращен.

Барьеры

После того как внутренние земли устройства разделены на чистые и грязные, возникает вопрос — как предотвратить проникновение помех из грязной земли в чистую? Например, в устройстве фиг.4 узел 2 подключен к чистой земле, но он обменивается сигналами с узлом 3, который подвержен влиянию помех. В приведенном выше примере 3 было упомянуто, что сигнальные цепи, соединяющие узлы на чистой и грязной землях должны содержать помеховые барьеры — резисторы или дроссели. Практика показывает, что повсеместное использование барьеров обычно повышает помехоустойчивость устройства в несколько раз.

Пример 4

Рассмотрим микроконтроллер, управляющий мощной нагрузкой при помощи реле. Для управления реле используется биполярный транзистор.

Контакты реле являются источником наносекундных помех. Кроме того, внешние помехи достаточно легко проходят "сквозь" реле за счет его паразитной проходной емкости и емкостей монтажа. Вместе с тем, ни реле, ни транзистор Q1, сами по себе влиянию НП не подвержены.

Земляной вывод микроконтроллера VSS подключен к чистой земле, эмиттер транзистора Q1 — к грязной. Резистор R1, помимо своей основной функции, выполняет роль барьера, препятствующего распространению помех из грязной части в чистую. Проходная емкость резистора как правило мала, порядка 0.2…0.3 пФ, поэтому резисторы создают эффективный барьер для НП. В особо тяжелых случаях для уменьшения проходной емкости можно включать по два-три резистора последовательно.

Если бы вместо биполярного использовался полевой транзистор, то R1 пришлось бы поставить именно в качестве барьера, хотя для функционирования схемы он был бы и не нужен.

Пример 5

Другой типичный пример — подключение оптронов к микроконтроллеру. На фиг.11 представлен фрагмент входной и выходной оптронной развязки.

Эмиттер входного оптрона U1 подключен к грязной земле, т. к. за счет проходной емкости в 0.5 пФ оптрон полупрозрачен для НП. Сам низкоскоростной оптрон достаточно безразличен к НП, но надо заметить, что оптроны с подключенным выводом базы фототранзистора иногда "ловят помеху", поэтому предпочтительней использовать оптроны без вывода базы.

Резистор R1 может быть подключен как к грязному, так и к чистому питанию, поскольку сам резистор является барьером, препятствующим прохождению НП на чистое питание.

Резистор R2 величиной 1к…100к служит помеховым барьером между оптроном и микроконтроллером. Конденсатор С1 не является обязательным элементом, однако наличие этого конденсатора дополнительно улучшает помехоустойчивость, так как уменьшает помеховый ток, протекающий по земляной ножке микроконтроллера. С1 и микроконтроллер подключены к чистой земле.

Анод светодиода выходного оптрона U2 подключен к грязному питанию +5В. Токозадающий резистор R3 одновременно служит помеховым барьером. В особо тяжелой помеховой обстановке полезно зашунтировать светодиод оптрона конденсатором 1…10 нФ, или хотя бы резистором.

В случае когда невозможно или неудобно подключать оптрон к грязному питанию, можно разделить токозадающий резистор на два, как это показано для оптрона U3. Резистор R5 служит помеховым барьером между оптроном и чистой шиной питания +5В.

Емкостные связи

Часть помехового тока на фиг.1 протекает через емкость связи Сх. Вспомним, что при испытании устройства на помехоустойчивость оно должно находиться на изолирующей подставке на высоте 100 мм над сплошной земляной поверхностью. Иногда одной только емкости связи с землей бывает достаточно для сбоя устройства.

Разделение земель на чистую и грязную само по себе не уменьшает суммарную величину емкостной связи. Соотношение емкостей связи для чистой и грязной земель соответствует отношению их площадей.

Вполне очевидными методами борьбы с емкостными связями является перераспределение земель, уменьшение площадей проводников и частичное экранирование.

Обратите внимание на положение микроконтроллера на фиг.9. Он расположен в углу платы, поэтому за счет емкостной связи сквозь него будет течь сравнительно небольшой ток. На фиг.8 микроконтроллер расположен иначе. Большой полигон чистой земли справа от него имеет значительную емкостную связь с истинной землей, поэтому вероятность сбоя будет намного больше.

Пример 6

На фиг.12 показаны два варианта разводки земляного полигона под микроконтроллером. Вместо кварца и конденсаторов используется трехвыводной керамический резонатор для монтажа на поверхность X1. Разводка выполнена для гипотетического "правильного" микроконтроллера, разработчики которого позаботились о помехоустойчивости и расположили земляной вывод между выводами генератора. Это не утопия, микроконтроллеры семейства М16С фирмы Ренесас, которые являются одними из самых помехоустойчивых 16-битных микроконтроллеров, действительно имеют подобное расположение выводов.

Неиспользованные выводы микроконтроллера подключены к внутреннему земляному полигону.

На фиг.12 слева земляной полигон соединен с чистой землей платы несколькими переходными отверстиями. За счет этого устройство оказывается не помехоустойчивым. Помеховый ток, протекающий чистой земле и уходящий в истинную землю через емкостную связь, создает градиент потенциала ("перекос"). Переходные отверстия передают перекос на земляной полигон микроконтроллера. Помеховый ток частично протекает через ножки микроконтроллера, подключенные к полигону, что может вызвать сбой.

На фиг.12 справа земляной полигон микроконтроллера соединен с чистой землей в одной точке, рядом с земляной ножкой микроконтроллера. Помехоустойчивость устройства максимальна, т. к. чистая земля на противоположной стороне платы при этом становится разновидностью экрана, защищающего "сверхчистую" землю полигона.

Перекрестные помехи

Помимо внешних источников наносекундных помех, различные узлы внутри устройства сами могут генерировать взаимные помехи.

Современные цифровые микросхемы, особенно БИС, тоже являются источниками НП. В момент переключения сотни и тысячи транзисторов внутри БИС меняют свои состояния, в результате сотни и тысячи паразитных емкостей перезаряжаются (например, емкости затворов в КМОП микросхемах). В результате через ножки земли и питания микросхем протекают импульсные токи наносекундной и суб-наносекундной длительности и большой амплитуды. Распространяясь по шинам земли и питания платы, эти токи несколько ухудшают суммарную помехоустойчивость устройства, но сами по себе, как правило, причиной сбоев не являются.

Для уменьшения вредного влияния этих токов, в цепи питания рядом с микросхемами ставят керамические развязывающие конденсаторы. Конденсаторы должны стоять как можно ближе к ножкам земли и питания, чтобы уменьшить размер контура, по которому циркулируют токи перезаряда.

Сказанное является прописной истиной. Тем не менее, достаточно часто приходится слышать такие высказывания: "мое устройство сбоит, я поставил больше конденсаторов в питание, а оно все равно сбоит". Складывается впечатление, что некоторые разработчики считают, будто развязывающие конденсаторы ставятся для защиты от внешних помех. Это, конечно, заблуждение. Как следствие такого заблуждения, иногда встречаются платы, где развязывающие конденсаторы стоят вдалеке от микросхем, хотя ничто не мешало поставить их гораздо ближе к выводам питания.

Особого рассмотрения заслуживает микросхема супервизора питания. Как известно, срабатывает она нечасто, так что НП помех практически не создает. Однако она сама подвержена влиянию наносекундных помех, поэтому вблизи супервизора питания необходимо ставить керамический развязывающий конденсатор. Это редкий случай, когда такой конденсатор и в самом деле является фильтром для внешних помех.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Работа с коммуникационными портами (СОМ и LPT) в программах для Win32

Мне часто задают вопросы о работе с СОМ портами из программ, написанных для Windows 95/98/NT. Причем чаще всего спрашивают разработчики всевозможных управляющих устройств. Эти устройства либо были разработаны давно, еще в эпоху MS-DOS, либо разрабатываются сейчас. Но объединяет их одно — устройство должно подключаться к компьютеру, в большинстве случаев через RS-232 (СОМ), реже, через Centronics (LPT).

В литературе, чаще всего, управление последовательным и параллельным портами описывается на уровне регистров этих портов, причем примеры программ приводятся на языке Assembler. Это не удивительно. Последовательный порт довольно медленное устройство, к тому же специфическое. Поэтому в программах работающих с портами используются прерывания. Параллельный порт быстрее, но тоже медленный и не менее специфичный. Взять хотя бы возможность этого порта работать в двух направлениях, да еще и с использованием ПДП (DMA).

Написать программу, управляющую устройством через СОМ порт, для MS-DOS не так сложно. Это частенько делали не программисты, а сами разработчики устройства. Сложнее было сделать красивый и удобный интерфейс пользователя. Этим обычно занимались профессиональные программисты. С платформой Win32 дело обстоит сложнее. Но только на первый взгляд. Конечно, напрямую работать с регистрами портов нельзя, Windows это не позволяет, зато можно не обращать внимания на тонкости различных реализаций (i8055, 16450, 16550А) и не возиться с обработкой прерываний.

Описание программирования будет состоять из подробного описания функций, специфических для работы с портами, краткого описания функций работы с файлами (с портами в Win32 работают как с файлами), краткого описания функций многопотоковой обработки и, естественно, примеров программ.

Функция CreateFile

Как я уже говорил, с последовательными и параллельными портами в Win32 работают как с файлами. Следовательно, начинать надо с открытия порта как файла. Использовать привычные функции open и fopen при этом нельзя, необходимо воспользоваться функцией CreateFile. Эта функция предоставляется Win32 API. Ее прототип выглядит так:

HANDLE CreateFile (

    LPCTSTR                        lpFileName,

    DWORD                          dwDesiredAccess,

    DWORD                          dwShareMode,

    LPSECURITY_ATTRIBUTES IpSecurityAttributes,

    DWORD                          dwCreationDistribution,

    DWORD                          dwFlagsAndAttributes,

    HANDLE                          hTemplateFile

);

Функция имеет много параметров, большинство из которых нам не нужны. Приведу краткое описание параметров:

∙ IpFileName

Указатель на строку с именем открываемого или создаваемого файла. Формат этой строки может быть очень хитрым. В частности можно указывать сетевые имена для доступа к файлам на других компьютерах. Можно открывать логические разделы или физические диски и работать в обход файловой системы. Однако для наших задач это не нужно. Последовательные порты имеют имена "СОМ1", "COM2", "COM3", "COM4" и так далее. Точно так же они назывались в MS-DOS, так что ничего нового тут нет. Параллельные порты называются "LPT1", "LPT2" и так далее. Учтите, что если у Вас к порту СОМ1 подключена мышь, Windows не даст открыть этот порт. Аналогично не удастся открыть LPT1 если подключен принтер. А вот с модемом дела обстоят немного по другому. Если какая-либо программа использует модем, например вы дозвонились до своего провайдера Internet, то Вашей программе не удастся открыть порт к которому подключен модем. Во всех остальных случаях порт будет открыт и Вы сможете работать с модемом сами, из своей программы.

∙ dwDesiredAccess

Задает тип доступа к файлу. Возможно использование следующих значений:

• 0 — Опрос атрибутов устройства без получения доступа к нему.

• GENERICREAD — Файл будет считываться.

• GENERICWRITE — Файл будет записываться.

• GENERIC_READ|GENERIC_WRITE — Файл будет и считываться и записываться.

∙ dwShareMode

Задает параметры совместного доступа к файлу. Коммуникационные порты нельзя делать разделяемыми, поэтому данный параметр должен быть равен 0.

∙ IpSecurityAttributes

Задает атрибуты защиты файла. Поддерживается только в Windows NT. Однако при работе с портами должен в любом случае равняться NULL.

∙ dwCreationDistribution

Управляет режимами автосоздания, автоусечения файла и им подобными. Для коммуникационных портов всегда должно задаваться OPENEXISTING.

∙ dwFlagsAndAttributes

Задает атрибуты создаваемого файла. Так же управляет различными режимами обработки. Для наших целей этот параметр должен быть или равным 0, или FILE_FLAG_OVERLAPPED. Нулевое значение используется при синхронной работе с портом, a FILE_FLAG_OVERLAPPED при асинхронной, или другими словами, при фоновой обработке ввода/вывода. Подробнее про асинхронный ввод/вывод я расскажу позже.

∙ hTemplateFile

Задает описатель файла-шаблона. При работе с портами всегда должен быть равен NULL.

При успешном открытии файла, в нашем случае порта, функция возвращает описатель (HANDLE) файла. При ошибке INVALID HANDLE VALUE. Код ошибки можно получить, вызвав функцию GetLastError, но ее описание выходит за рамки данной статьи.

Функция CloseHandle

Открытый порт должен быть закрыт перед завершением работы программы. В Win32 закрытие объекта по его описателю выполняет функция CloseHandle:

BOOL CloseHandle(

      HANDLE hObject

);

Функция имеет единственный параметр — описатель закрываемого объекта. При успешном завершении функция возвращает не нулевое значение, при ошибке нуль.

Теперь пример (достаточно очевидный):

    #include <windows.h>

    …

    HANDLE port;

    …

port=CreateFile"COM2",GENERIC_READ|GENERIC_WRIТЕ,0,NULL,OPEN_EXISTING,0,NULL);

}:

    if(port==INVALID_HANDLE_VALUE) {{

         MsgBox(NULL,"Невозможно открыть последовательный порт","Error",MB OK);

            ExitProcess(1);

     }

     …

     CloseHandle(port);

     …

В данном примере открывается порт COM2 для чтения и записи, используется синхронный режим обмена. Проверяется успешность открытия порта, при ошибке выводится сообщение и программа завершается. Если порт открыт успешно, то он закрывается.

Открыв порт, мы получили его в свое распоряжение. Теперь с портом может работать только наша программа. Однако, прежде чем мы займемся вводом/выводом, мы должны настроить порт. Это касается только последовательных портов, для которых мы должны задать скорость обмена, параметры четности, формат данных и прочее. Кроме того, существует несколько специфичных для Windows параметров. Речь идет о тайм-аутах, которые позволяют контролировать как интервал между принимаемыми байтами, так и общее время приема сообщения. Есть возможность управлять состоянием сигналов управления модемом. Но обо всем по порядку.

Основные параметры последовательного порта описываются структурой DCB. Временные параметры структурой COMMTIMEOUTS. Существует еще несколько информационных и управляющих структур, но они используются реже. Настройка порта заключается в заполнении управляющих структур и последующем вызове функций настройки.

Структура DCB

Поскольку основную информацию содержит структура DCB, с ее описания и начнем:

typedef struct _DCB {{

       DWORD DCBlength; // sizeof(DCB)

       DWORD BaudRate; // current baud rate

       DWORD fBinary:1; // binary mode, no EOF check

       DWORD fParity:1; // enable parity checking

       DWORD fOutxCtsFlow:1; // CTS output flow control

       DWORD fOutxDsrFlow:1; // DSR output flow control

       DWORD fDtrControl:2; // DTR flow control type

       DWORD fDsrSensitivity:1; // DSR sensitivity

       DWORD fTXContinueOnXoff:1; // XOFF continues Tx

       DWORD fOutX:1; // XON/XOFF out flow control

       DWORD flnX:1; // XON/XOFF in flow control

       DWORD fErrorChar:1; // enable error replacement

       DWORD fNull:1; // enable null stripping

       DWORD fRtsControl:2; // RTS flow control

       DWORD fAbortOnError:1; // abort reads/writes on error

       DWORD fDummy2:17; // reserved

       WORD wReserved; // not currently used

       WORD XonLim; // transmit XON threshold

       WORD XoffLim; // transmit XOFF threshold

       BYTE ByteSize; // number of bits/byte, 4-8

       BYTE Parity; // 0–4=no,odd,even,mark,space

       BYTE StopBits; // 0,1,2 = 1, 1.5, 2

       char XonChar; // Tx and Rx XON character

       char XoffChar; // Tx and Rx XOFF character

       char ErrorChar; // error replacement character

       char EofChar; // end of input character

       char EvtChar; // received event character

       WORD wReserved1; // reserved; do not use

} DCB;

Если внимательно присмотреться, то можно заметить, что эта структура содержит почти всю управляющую информацию, которая в реальности располагается в различных регистрах последовательного порта. Теперь разберемся, что означает каждое из полей самой важной структуры:

∙ DCBIength

Задает длину, в байтах, структуры DCB. Используется для контроля корректности структуры при передаче ее адреса в функции настройки порта.

∙ Baud Rate

Скорость передачи данных. Возможно указание следующих констант: CBR_110, CBR_ 300, CBR_600, CBR_1200, CBR_2400, CBR_4800, CBR_9600, CBR_14400, CBR_19200, CBR_38400, CBR_56000, CBR_57600, CBR_115200, CBR_128000, CBR_256000. Как видно, эти константы соответствуют всем стандартным скоростям обмена. На самом деле, это поле содержит числовое значение скорости передачи, а константы просто являются символическими именами. Поэтому можно указывать, например, и CBR_9600, и просто 9600. Однако рекомендуется указывать символические константы.

∙ fBinary

Включает двоичный режим обмена. Win32 не поддерживает недвоичный режим, поэтому данное поле всегда должно быть равно 1, или логической константе TRUE (что предпочтительней). В Windows 3.1, если это поле было равно FALSE, включался текстовый режим обмена. В этом режиме поступивший на вход порта символ, заданный полем EofChar свидетельствовал о конце принимаемых данных.

∙ fParity

Включает режим контроля четности. Если это поле равно TRUE, то выполняется проверка четности, при ошибке, в вызывающую программу, выдается соответствующий код завершения.

∙ fOutxCtsFlow

Включает режим слежения за сигналом CTS. Если это поле равно TRUE и сигнал CTS сброшен, передача данных приостанавливается до установки сигнала CTS. Это позволяет подключенному к компьютеру прибору приостановить поток передаваемой в него информации, если он не успевает ее обрабатывать.

∙ fOutxDsrFlow

Включает режим слежения за сигналом DSR. Если это поле равно TRUE и сигнал DSR сброшен, передача данных прекращается до установки сигнала DSR.

∙ fDtrControl

Задает режим управления обменом для сигнала DTR. Это поле может принимать следующие значения:

• DTR_CONTROL_DISABLE — Запрещает использование линии DTR

• DTR_CONTROL_ENABLE — Разрешает использование линии DTR

• DTR_CONTROL_HANDSHAKE — Разрешает использование рукопожатия для выхода из ошибочных ситуаций. Этот режим используется, в частности, модемами при восстановлении в ситуации потери связи.

∙ fDsrSensitivity

Задает чувствительность коммуникационного драйвера к состоянию линии DSR. Если это поле равно TRUE, то все принимаемые данные игнорируются драйвером (коммуникационный драйвер расположен в операционной системе) за исключением тех, которые принимаются при установленном сигнале DSR.

∙ fTXContinueOnXoff

Задает, прекращается ли передача при переполнении приемного буфера и передаче драйвером символа XoffChar. Если это поле равно TRUE, то передача продолжается, несмотря на то, что приемный буфер содержит более XoffLim символов и близок к переполнению, а драйвер передал символ XoffChar для приостановления потока принимаемых данных. Если поле равно FALSE, то передача не будет продолжена до тех пор, пока в приемном буфере не останется меньше XonLim символов и драйвер не передаст символ XonChar для возобновления потока принимаемых данных. Таким образом, это поле вводит некую зависимость между управлением входным и выходным потоками информации.

∙ fOutX

Задает использование XON/XOFF управления потоком при передаче. Если это поле равно TRUE, то передача останавливается при приеме символа XoffChar, и возобновляется при приеме символа XonChar.

∙ flnX

Задает использование XON/XOFF управления потоком при приеме. Если это поле равно TRUE, то драйвер передает символ XoffChar, когда в приемном буфере находится более XoffLim, и XonChar, когда в приемном буфере остается менее XonLim символов.

∙ fErrorChar

Указывает на необходимость замены символов с ошибкой четности на символ, задаваемый полем ErrorChar. Если это поле равно TRUE, и поле fParity равно TRUE, то выполняется замена.

∙ fNull

Определяет действии, е выполняемое при приеме нулевого байта. Если это поле TRUE, то нулевые байты отбрасываются при передаче.

∙ fRtsControl

Задает режим управления потоком для сигнала RTS. Если это поле равно 0, то по умолчанию подразумевается RTSCONTROLHANDSHAKE. Поле может принимать одно из следующих значений:

• RTS_CONTROL_DISABLE — Запрещает использование линии RTS

• RTS_CONTROL_ENABLE — Разрешает использование линии RTS

• RTS_CONTROL_HANDSHAKE — Разрешает использование RTS рукопожатия. Драйвер устанавливает сигнал RTS когда приемный буфер заполнен менее, чем на половину, и сбрасывает, когда буфер заполняется более чем на три четверти.

• RTS_CONTROL_TOGGLE — Задает, что сигнал RTS установлен, когда есть данные для пе редачи. Когда все символы из передающего буфера переданы, сигнал сбрасывается.

∙ fAbortOn Error

Задает игнорирование всех операций чтения/записи при возникновении ошибки. Если это поле равно TRUE, драйвер прекращает все операции чтения/записи для порта при возникновении ошибки. Продолжать работать с портом можно будет только после устранения причины ошибки и вызова функции ClearCommError.

∙ fDummy2

Зарезервировано и не используется.

∙ wReserved

Не используется, должно быть установлено в 0.

∙ XonLim

Задает минимальное число символов в приемном буфере перед посылкой символа XON.

∙ XoffLim

Определяет максимальное количество байт в приемном буфере перед посылкой символа XOFF. Максимально допустимое количество байт в буфере вычисляется вычитанием данного значения из размера приемного буфера в байтах.

∙ ByteSize

Определяет число информационных бит в передаваемых и принимаемых байтах.

∙ Parity

Определяет выбор схемы контроля четности. Данное поле должно содержать одно из следующих значений:

• EVENPARITY — Дополнение до четности

• MARKPARITY — Бит четности всегда 1

• NOPARITY — Бит четности отсутствует

• ODDPARITY — Дополнение до нечетности

• SPACEPARITY — Бит четности всегда 0

∙ StopBits

Задает количество стоповых бит. Поле может принимать следующие значения:

• ONESTOPBIT — Один стоповый бит

• ONE5STOPBIT — Полтора стоповых бита

• TWOSTOPBIT — Два стоповых бита

∙ XonChar

Задает символ XON используемый как для приема, так и для передачи.

∙ XoffChar

Задает символ XOFF используемый как для приема, так и для передачи.

∙ ErrorChar

Задает символ, использующийся для замены символов с ошибочной четностью.

∙ EofChar

Задает символ, использующийся для сигнализации о конце данных.

∙ EvtChar

Задает символ, использующийся для сигнализации о событии.

∙ wReserved1

Зарезервировано и не используется.

Так как поля структуры DCB используются для конфигурирования микросхем портов, на них накладываются некоторые ограничения. Размер байта должен быть 5, 6, 7 или 8 бит. Комбинация из пяти битного байта и двух стоповых бит является недопустимой. Так же как и комбинация из шести, семи или восьми битного байта и полутора стоповых бит.

Функция BuildCommDCB

Только что рассмотренная нами структура DCB самая большая из всех, использующихся для настройки последовательных портов. Но она и самая важная. Заполнение всех полей этой структуры может вызвать затруднения, так как надо очень четко представлять, как работает последовательный порт. Поэтому ручную установку полей можно порекомендовать опытным программистам. Если же Вы чувствуете себя не очень уверено, воспользуйтесь функцией BuildCommDCB, которая позволяет заполнить поля структуры DCB на основе строки, по синтаксису аналогичной строке команды mode. Вот как выглядит прототип этой функции:

BOOL BuildCommDCB(LPCTSTR lpDef, LPDCB lpDCB);

Как видно, функция очень проста и имеет всего два параметра:

∙ lpDef

Указатель на строку с конфигурационной информацией в формате команды mode. Например, следующая строка задает скорость 1200, без четности, 8 бит данных и 1 стоповый бит.

baud=1200 parity=N data=8 stop=l

∙ lpDCB

Указатель на заполняемую структуру DCB. При этом структура должна быть уже создана и заполнена нулями, кроме поля DCBlength, которое должно содержать корректное значение. Возможно так же использование уже заполненной структуры DCB, например полученной вызовом одной из функций чтения параметров порта.

В случае успешного завершения функция BuildCommDCB возвращает не нулевое значение. В случае ошибки возвращается 0.

Обычно функция BuldCommDCB изменяет только явно перечисленные в строке lpDef поля. Однако существуют два исключения из этого правила:

• При задании скорости обмена 110 бит в секунду автоматически устанавливается формат обмена с двумя стоповыми битами. Это сделано для совместимости с командой mode из MS-DOS или Windows NT.

• По умолчанию запрещается программное (XON/XOFF) и аппаратное управление потоком. Вы должны вручную заполнить требуемые поля DCB если требуется управление потоком.

Функция BuilCommDCB поддерживает как новый, так и старый форматы командной строки mode. Однако, Вы не можете смешивать эти форматы в одной строке.

Новый формат строки позволяет явно задавать значения для полей DCB отвечающих за управление потоком. При использовании старого формата существуют следующие соглашения:

— Для строк вида 9600,n,8,1 (не заканчивающихся символами х или р):

• flnX, fOutX,fOutXDsrFlow, fOutXCtsFlow устанавливаются в FALSE

• fDtrControl устанавливается в DTR_CONTROL_ENABLE

• fRtsControl устанавливается в RTS_CONTROL_ENABLE

— Для строк вида 9600,n,8,1,х (заканчивающихся символом х):

• flnX, fOutX устанавливаются в TRUE

• fOutXDsrFlow,fOutXCtsFlow устанавливаются в FALSE

• fDtrControl устанавливается в DTR_CONTROL_ENABLE

• fRtsControl устанавливается в RTS_CONTROL_ENABLE

— Для строк вида 9600,n,8,1,р (заканчивающихся символом р):

• flnX, fOutX устанавливаются в FALSE

• fOutXDsrFlow,fOutXCtsFlow устанавливаются TRUE

• fDtrControl устанавливается в DTR_CONTROL_HANDSHAKE

• fRtsControl устанавливается в RTS_CONTROL_HANDSHAKE

Следует заметить, что функция BuildCommDCB только заполняет поля DCB указанными значениями. Это подготовительный шаг к конфигурированию порта, но не само конфигурирование, которое выполняется рассматриваемыми далее функциями. Поэтому Вы можете вызвать BuildCommDCB для общего заполнения структуры DCB, затем изменить значения не устраивающих Вас полей, и после этого вызывать функцию конфигурирования порта.

Функция GetCommState

Заполнить DCB можно еще одним способом. Вызовом функции GetCommState. Эта функция заполняет DCB информацией о текущем состоянии устройства, точнее о его настройках. Вот как она выглядит:

BOOL GetCommState(

      HANDLE hFile,

      LPDCB lpDCB

);

Функция очень проста и имеет всего два параметра:

∙ hFile

Описатель открытого файла коммуникационного порта. Этот описатель возвращается функцией CreateFile. Следовательно, прежде чем получить параметры порта, Вы должны его открыть. Для функции BuildCommDCB это не требовалось.

∙ lpDCB

Указатель на DCB. Для DCB должен быть выделен блок памяти.

При успешном завершении функция возвращает ненулевое значение. При ошибке нуль. Получить параметры порта можно в любой момент, а не только при начальной настройке.

Функция SetCommState

Заполнив DCB можно приступать к собственно конфигурированию порта. Это делается с помощью функции SetCommState:

BOOL SetCommState(

      HANDLE hFile,

      LPDCB lpDCB

);

Эта функция имеет точно такие же параметры, как GetCommState. Различается только направление передачи информации. GetCommState считывает информацию из внутренних управляющих структур и регистров порта, а SetCommState наоборот заносит ее. Следует быть осторожным при вызове функции SetCommState, поскольку она изменит параметры даже в том случае, если очереди приема/передачи не пусты, что может вызвать искажение потока передаваемых или принимаемых данных.

Еще одна тонкость этой функции заключается в том, что она завершится с ошибкой, если поля XonChar и XoffChar в DCB содержат одинаковые значения.

Как всегда, в случае успешного завершения возвращается отличное от нуля значение, а в случае ошибки — нуль.

Структура COMMTIMEOUTS

Следующей важной управляющей структурой является COMMTIMEOUTS. Она определяет параметры временных задержек при приеме и передаче. Значения, задаваемые полями этой структуры, оказывают большое влияние на работу функций чтения/записи.

typedef struct _COMMTIMEOUTS {{

     DWORD ReadlntervalTimeout;

     DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier;

     DWORD ReadTotalTimeoutConstant;

     DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier;

     DWORD WriteTotalTimeoutConstant;

} COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS;

Поля структуры COMMTIMEOUTS имеют следующие значения:

∙ ReadlntervalTimeout

Максимальное время, в миллисекундах, допустимое между двумя последовательными символами, считываемыми с коммуникационной линии. Во время операции чтения временной период начинает отсчитываться с момента приема первого символа. Если интервал между двумя последовательными символами превысит заданное значение, операция чтения завершается и все данные, накопленные в буфере, передаются в программу. Нулевое значение данного поля означает, что данный тайм-аут не используется. Значение MAXDWORD, вместе с нулевыми значениями полей ReadTotalTimeoutConstant и ReadTotalTimeoutMultiplier, означает немедленный возврат из операции чтения с передачей уже принятого символа, даже если ни одного символа не было получено из линии.

∙ ReadTotalTimeoutMultiplier

Задает множитель, в миллисекундах, используемый для вычисления общего тайм-аута операции чтения. Для каждой операции чтения данное значение умножается на количество запрошенных для чтения символов.

∙ ReadTotalTimeoutConstant

Задает константу, в миллисекундах, используемую для вычисления общего тайм-аута операции чтения. Для каждой операции чтения данное значение прибавляется к результату умножения ReadTotalTimeoutMultiplier на количество запрошенных для чтения символов. Нулевое значение полей ReadTotalTimeoutMultiplier и ReadTotalTimeoutConstant означает, что общий тайм-аут для операции чтения не используется.

∙ WriteTotalTimeoutMuItiplier

Задает множитель, в миллисекундах, используемый для вычисления общего тайм-аута операции записи. Для каждой операции записи данное значение умножается на количество записываемых символов.

∙ WriteTotalTimeoutConstant

Задает константу, в миллисекундах, используемую для вычисления общего тайм-аута операции записи. Для каждой операции записи данное значение прибавляется к результату умножения WriteTotalTimeoutMultiplier на количество записываемых символов. Нулевое значение полей WriteTotalTimeoutMultiplier и WriteTotalTimeoutConstant означает, что общий тайм-аут для операции записи не используется.

По тайм-аутам обычно возникает много вопросов. Поэтому попробую объяснить подробнее. Пусть мы считываем 50 символов из порта со скоростью 9600. При этом используется 8 бит на символ, дополнение до четности и один стоповый бит. Таким образом на один символ в физической линии приходится 11 бит (включая стартовый бит). 50 символов на скорости 9600 будут приниматься 50 * 11 / 9600 = 0.0572916 секунд, или примерно 57.3 миллисекунды, при условии ну левого интервала между приемом последовательных символов. Если интервал между символами составляет примерно половину времени передачи одного символа, т. е. 0.5 миллисекунд, то время приема будет 50 * 11 / 9600 + 49 * 0.0005 = 0.0817916 секунд, или примерно 82 миллисекунды. Если в процессе чтения прошло более 82 миллисекунд, то мы вправе предположить, что произошла ошибка в работе внешнего устройства и прекратить считывание, избежав тем самым зависания программы. Это и есть общий тайм-аут операции чтения. Аналогично существует и общий там-аут операции записи.

Если тайм-аут при чтении понятен, то тайм-аут при записи вызывает недоумение. В самом деле, что нам мешает передавать? Управление потоком! Внешнее устройство может использовать, например, аппаратное управление потоком. При этом пропадание питания во внешнем устройстве заставит компьютер приостановить передачу данных. Если не контролировать тайм-аут возможно точно такое же зависание компьютера, как и при операции чтения.

Общий тайм-аут зависит от количества участвующих в операции чтения/записи символов и среднего времени передачи одного символа с учетом межсимвольного интервала. Если символов много, например 1000, то на общем времени выполнения операции начинают сказываться колебания времени затрачиваемого на один символ или времени межсимвольного интервала. Поэтому тайм-ауты в структуре COMMTIMEOUTS задаются двумя величинами. Таким образом формула для вычисления общего тайм-аута операции, например чтения, выглядит так:

NumOfChar * ReadTotalTimeoutMultiplier + ReadTotalTimeoutConstant,

где NumOfChar это число символов запрошенных для операции чтения.

Для операции чтения, кроме общего тайм-аута на всю операцию, задается так же тайм-аут на интервал между двумя последовательными символами. Точнее это интервал между началами двух последовательных символов. В это значение входит и время передачи самого символа.

Теперь небольшой пример. ReadTotalTimeoutMultiplier = 2, ReadTotalTimeoutConstant = 1, ReadlntervalTimeout = 1,

считывается 250 символов. Если операция чтения завершится за 250 * 2 + 1 = 501 миллисекунду, то будет считано все сообщение. Если операция чтения не завершится за 501 миллисекунду, то она все равно будет завершена. При этом будут возвращены символы, прием которых завершился до истечения тайм-аута операции. Остальные символы могут быть получены следующей операцией чтения. Если между началами двух последовательных символов пройдет более 1 миллисекунды, то операция чтения так же будет завершена.

Надеюсь, что теперь тайм-ауты не будут вызывать у Вас затруднений. Для завершения темы тайм-аутов рассмотрим один частный случай. Если поля ReadlntervalTimeout и ReadTotalTimeoutMultiplier установлены в MAXDWORD, а ReadTotalTimeoutConstant больше нуля и меньше MAXDWORD, то выполнение операции чтения подчиняется следующим правилам:

• Если в буфере есть символы, то чтение немедленно завершается и возвращается символ из буфера;

• Если в буфере нет символов, то операция чтения будет ожидать появления любого символа, после чего она немедленно завершится;

• Если в течении времени, заданного полем ReadTotalTimeoutConstant, не будет принято ни одного символа, операция чтения завершится по тайм-ауту.

• Помните функцию BuildCommDCB? Существует еще функция BuildCommDCBAndTimeouts, которая позволяет заполнить не только структуру DCB, но и структуру COMMTIMEOUTS.

Функция BuildCommDCBAndTimeouts

Функция BuildCommDCBAndTimeouts позволяет заполнить не только структуру DCB, но и структуру COMMTIMEOUTS. Вот как выглядит ее прототип:

BOOL BuildCommDCBAndTimeouts(

      LPCTSTR lpDef,

      LPDCB lpDCB,

      LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts

);

Как видно, у этой функции, по сравнению с BuildCommDCB, появился третий параметр. Это указатель на структуру COMMTIMEOUTS. Конфигурационная строка при вызове этой функции должна задаваться в новом формате. Если эта строка содержит подстроку "TO=ON", то устанавливаются общие тайм-ауты для операций чтения и записи. Это значения устанавливаются на основе информации о скорости передачи и формате посылки. Если конфигурационная строка содержит подстроку "TO=OFF", то устанавливается режим работы без тайм-аутов. Если конфигурационная строка не содержит подстроки "ТО=ххх" или эта подстрока имеет неверное значение, то указатель на структуру COMMTIMEOUTS просто игнорируется. При этом функция BuilCommDCBAndTimeouts оказывается идентичной функции BuildCommDCB.

Параметр lpCommTimeouts должен указывать на распределенную область памяти, причем корректность этой области не проверяется. Передача нулевого указателя приводит к ошибке.

Функция GetCommTimeouts

Как и для заполнения структуры DCB, для COMMTIMEOUTS существует функция считывания установленных в системе значений. Это функция GetCommTimeouts:

BOOL GetCommTimeouts(

      HANDLE hFile,

      LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts

);

He буду подробно останавливаться на описании параметров этой функции, они достаточно очевидны, как и возвращаемые функцией значения. Скажу только, что под структуру, адресуемую lpCommTimeouts, должна быть выделена память.

Функция SetCommTimeouts

Заполнив структуру COMMTIMEOUTS можно вызывать функцию установки тайм-аутов порта. Это функция называется SetCommTimeouts:

BOOL SetCommTimeouts(

      HANDLE hFile,

      LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts

);

Параметры этой функции тоже достаточно очевидны. Установку тайм-аутов можно производить как до установки параметров порта, так и после. Последовательность вызова функций SetCommState и SetCommTimeouts не имеет никакого значения. Главное, что бы все настройки были завершены до начала ввода/вывода информации.

Теперь приведу пример настройки порта:

    #include <windows.h>

    …

    DCB * dсb;

    COMMTIMEOUTS ct;

    HANDLE port;

    …

   dcb=(DCB*)HeapAlloc(GetProcessHeap(),HEAP_Z ERO_MEMORY,sizeof(DCB));

   dcb->DCBlength=sizeof(DCB);

   BuildCommDCB("baud=9600 parity=N data=8 stop=1",dсb);

   dcb->fNull=TRUE;

   ct.ReadIntervalTimeout=10;

   ct.ReadTotalTimeoutMultiplier=ct.ReadTotalTimeoutConstant=0;

   ct.WriteTotalTimeoutMultiplier=ct.WriteTotalTimeoutConstant=0;

port=CreateFile(COM2",GENERIC_READ|GENERIC_WRIТЕ,0,NULL,OPEN_EXISTING,0,NULL);

   SetCommState(port,dсb);

   SetCommTimeouts(port,&ct);

   HeapFree(GetProcessHeap 0,0,dсb);

   …

   CloseHandle(port);

В этом примере полностью убрана обработка ошибок. Обрабатывать ошибки необходимо, но сейчас главное разобраться в работе с портом, а обработка ошибок уменьшает наглядность.

Первым делом, с помощью функции HeapAlloc, выделяется и заполняется нулями область памяти для DCB. Затем в поле DCBlength заносится размер структуры DCB в байтах. Зачем это нужно обсуждалось выше, при описании данного поля. Для общего (и наглядного) заполнения DCB использована функция BuildCommDCB. Будем считать, что нас устраивает информация занесенная в DCB, но требуется игнорировать нулевые байты при приеме. Так как BuildCommDCB не выполняет требуемых действий мы вручную изменяем соответствующее поле. Далее мы заполняем информацию о таймаутах. Общие тайм-ауты операций чтения и записи не используются, конец сообщения определяется по тайм-ауту между двумя последовательными символами большему 10 миллисекунд. Теперь можно открыть порт, что делается функцией CreateFile, и выполнить его настройку вызвав функции SetCommState и SetCommTimeots. После установки параметров порта структура DCB становится не нужной, поэтому можно освободить занимаемую ей память. Структура COMMTIMEOUTS в примере размещена статически, поэтому выделять под нее память и освобождать ее не требуется. Наконец, мы закрываем порт перед завершением.

Функции HeapAlloc и HeapFree занимаются выделением и освобождением памяти из куч, которых в программе может быть несколько. Вместо этих функций можно использовать malloc (calloc) и free. Однако использование функций предоставляемых Win32 API позволяет сократить размер программы, что может быть не маловажно, если работа с портами ведется из DLL (например Вы пишете своеобразный псевдодрайвер для своего устройства). Есть и другие аргументы в пользу этой точки зрения, которую я Вам, впрочем, не навязываю.

Рассмотренные структуры и функции позволяют программировать порт на достаточно низком уровне. Их, в большинстве случаев, более чем достаточно даже для тонкой настройки порта. Однако бывают и исключения. Например, под именем СОМ1 может скрываться вовсе не привычный порт RS-232, а какая-нибудь экзотика. Или порт может не позволять задавать скорость более 9600.

Структура COMMPROP

Исчерпывающая информация о возможностях коммуникационного устройства и драйвера содержится в структуре COMMPROP:

typedef struct _COMMPROP {{

    WORD wPacketLength; // packet size, in bytes

    WORD wPacketVersion; // packet version

    DWORD dwServiceMask; // services implemented

    DWORD dwReservedl; // reserved

    DWORD dwMaxTxQueue; // max Tx bufsize, in bytes

    DWORD dwMaxRxQueue; // max Rx bufsize, in bytes

    DWORD dwMaxBaud; // max baud rate, in bps

    DWORD dwProvSubType; // specific provider type

    DWORD dwProvCapabilities; // capabilities supported

    DWORD dwSettableParams; // changable parameters

    DWORD dwSettableBaud; // allowable baud rates

    WORD wSettableData; // allowable byte sizes

    WORD wSettablestopParity; // stop bits/parity allowed

    DWORD dwCurrentTxQueue; // Tx buffer size, in bytes

    DWORD dwCurrentRxQueue; // Rx buffer size, in bytes

    DWORD dwProvSpec1; // provider-specific data

    DWORD dwProvSpec2; // provider-specific data

    WCHAR wcProvChar[1]; // provider-specific data

} COMMPROP;

Поля этой структуры описывают все возможности драйвера. Вы не можете выйти за пределы этих возможностей. Вот какое значение имеют поля:

∙ wPacketLength

Задает размер, в байтах, структуры COMMPROP.

∙ wPacketVersion

Номер версии структуры.

∙ dwServiceMask

Битовая маска. Для коммуникационных устройств всегда SPSERIALCOMM, включая модемы.

∙ dwReserved1

Зарезервировано и не используется.

∙ dwMaxTxQueue

Максимальный размер, в байтах, внутреннего буфера передачи драйвера. Нулевое значение свидетельствует об отсутствии ограничения.

∙ dwMaxRxQueue

Максимальный размер, в байтах, внутреннего буфера приема драйвера. Нулевое значение свидетельствует об отсутствии ограничения.

∙ dwMaxBaud

Максимально допустимая скорость обмена, в битах в секунду (бпс). Возможны следующие значения данного поля:

• BAUD_075 — 75 бпс

• BAUD_110 — 110бпс

• BAUD_134_5 — 134.5 бпс

• BAUD_150 — 150 бпс

• BAUD_300 — 300 бпс

• BAUD_600 — 600 бпс

• BAUD_1200 — 1200 бпс

• BAUD_1800 — 1800 бпс

• BAUD_2400 — 2400 бпс

• BAUD_4800 — 4800 бпс

• BAUD_7200 — 7200 бпс

• BAUD_9600 — 9600 бпс

• BAUD_14400 — 14400 бпс

• BAUD_19200 — 19200 бпс

• BAUD_38400 — 38400 бпс

• BAUD_56K — 56К бпс

• BAUD_57600 — 57600 бпс

• BAUD_115200 — 115200 бпс

• BAUD_128K — 128К бпс

• BAUD_USER — Допускается программирование скорости обмена

∙ dwProvSubType

Тип коммуникационного порта. Возможны следующие значения данного поля:

• PST_FAX — Факс

• PST_LAT LAT — протокол

• PST_MODEM — Модем

• PST_NETWORK_BRIDGE — Сетевой мост

• PST_PARALLELPORT — Параллельный порт

• PST_RS232 — Последовательный порт RS-232

• PST_RS422 — Порт RS-422

• PST_RS423 — Порт RS-423

• PST_RS449 — Порт RS-449

• PST_SCANNER — Сканнер

• PST_TCPIP_TELNET — Протокол TCP/IP TelnetR

• PST_UNSPECIFIED — Неизвестное устройство

• PST_Х25 — Устройство стандарта X.25

∙ dwProvCapabilities

Битовая маска. Определяет возможности предоставляемые устройством. Возможны следующие значения:

• PCF_16BITMODE — Поддерживается специальный 16-битный режим.

• PCF_DTRDSR — Поддерживаются сигналы DTR/DSR.

• PCF_INTTIMEOUTS — Поддерживается межсимвольный тайм-аут.

• PCF_PARITY_CHECK — Поддерживается контроль четности.

• PCF_RLSD — Поддерживается определение наличия сигнала в приемной линии.

• PCF_RTSCTS — Поддерживаются сигналы RTS/CTS.

• PCF_SETXCHAR — Поддерживаются задаваемые символы XON/XOFF.

• PCF_SPECIALCHARS — Поддерживаются спецсимволы.

• PCF_TOTALTIMEOUTS — Поддерживаются общие тайм-ауты (ожидаемое время).

• PCF_XONXOFF — Поддерживается программное (XON/XOFF) управление потоком.

• PCF_XONXOFF — Поддерживается программное (XON/XOFF) управление потоком.

∙ dwSettableParams

Битовая маска. Определяет допустимые для изменения параметры. Возможны следующие значения:

• SP_BAUD — Скорость обмена.

• SP_DATABITS — Бит в символе.

• SP_HANDSHAKING — Рукопожатие (управление потоком).

• SP_PARITY — Четность.

• SP_PARITY_CHECK — Контроль четности.

• SP_RLSD — Детектирование наличия сигнала в приемной линии.

• SP_STOPBITS — Количество стоповых бит.

∙ dwSettableBaud

Битовая маска. Определяет допустимый набор скоростей обмена. Допустимые для данного поля значения указаны в описании поля dwMaxBaud.

∙ wSettableData

Битовая маска. Определяет допустимые длины символов, в битах. Возможны следующие значения:

• DATABITS_5 — 5 бит

• DATABITS_6 — 6 бит

• DATABITS_7 — 7 бит

• DATABITS_8 — 8 бит

• DATABITS_16 — 16 бит

• DATABITS_16Х — Специальный широкий канал через аппаратную последовательную линию.

∙ wSettableStop Parity

Битовая маска. Определяет допустимое количество стоповых бит и режимы четности. Возможны следующие значения:

• STOPBITS_10 — Один стоповый бит

• STOPBITS_15 — Полтора стоповых бита

• STOPBITS_20 — Два стоповых бита

• PARITY_NONE — Без четности

• PARITY_ODD — Дополнение до нечетности

• PARITY_EVEN — Дополнение до четности

• PARITY_MARK — Бит четности всегда "1"

• PARITY_SPACE — Бит четности всегда "0"

∙ dwCurrentTxQueue

Определяет текущий размер, в байтах, внутренней очереди передачи драйвера. Нулевое значение свидетельствует о недоступности данного параметра.

∙ dwCurrentRxQueue

Определяет текущий размер, в байтах, внутренней очереди приема драйвера. Нулевое значение свидетельствует о недоступности данного параметра.

∙ dwProvSped

Устройство-зависимые данные. Программа должна игнорировать содержимое данного поля, за исключением случаев, когда Вы точно знаете формат этих данных. Занесите в данное поле значение COMMPROP_INITIALIZED, если поле wPacketLength уже содержит правильное значение.

∙ dwProvSpec2

Устройство-зависимые данные. Программа должна игнорировать содержимое данного поля, за исключением случаев, когда Вы точно знаете формат этих данных.

∙ wcProvChar

Устройство-зависимые данные. Программа должна игнорировать содержимое данного поля, за исключением случаев, когда Вы точно знаете формат этих данных.

Информация хранящаяся в структуре COMMPROP требуется редко, так как чаще всего точно известно с каким типом портов будет работать программа.

Остановлюсь чуть подробнее на описании некоторых полей. Поле wPacketLength играет несколько иную роль, чем поле DCBlength структуры DCB, хотя из его описания это не следует. Секрет прост. Поле wcProvChar, расположенное в конце структуры, может содержать, а может и не содержать, данных. Вы не в состоянии это узнать не запросив информацию. В свою очередь, перед запросом информации Вы должны выделить (и обнулить) память под структуру COMMPROP. Поэтому последовательность шагов для получения всей информации следующая:

• Выделить память под структуру COMMPROP.

• Запросить информацию у системы вызвав функцию GetCommProperties.

• Если поле wPacketLength содержит значение большее sizeof(COMMPROP), то имеется дополнительная информация. Для ее получения измените размер ранее выделенного блока памяти, новый размер должен быть равен значению занесенному системой в поле wPacketLength. Установите в поле wProvSpecl значение COMMPROP INITIALIZED, это будет означать, что выделен достаточный блок памяти для получения дополнительной информации. Повторно вызовите функцию GetCommProperties.

Чаще всего дополнительная информация представлена в виде структуры MODEMDEVCAPS, которая размещается на месте поля wcProvChar, если поле dwProvSubType содержит значение PST MODEM.

Получить информацию об устройстве в виде структуры COMMPROP можно уже упоминавшейся функцией GetCommProperies. Вот как выглядит ее прототип:

BOOL GetCommProperties(

     HANDLE         hFile,

     LPCOMMPROP lpCommProp

);

Запросить информацию можно только об уже открытом устройстве. При этом для структуры, адресуемой вторым параметром, должна быть выделена память. Приведу пример получения информации о коммуникационном устройстве:

     #include <windows.h>

     …

     HANDLE port;

     COMMPROP *pr;

     …

port=CreateFile("COM2",GENERIC_READ|GENERIC_WRIТЕ,0,NULL,OPEN_EXISTING,0,NULL);

pr=(COMMPROP*)HeapAlloc(GetProcessHeapO,HEAP_ZERO_MEMORY,sizeof(COMMPROP));

    GetCommProperties(port,pr);

    if(pr->wPacketLength!= sizeof(COMMPROP)) {{

   pr=(COMMPROP*)HeapRealloc(GetProcessHeap(),HEAP_ZERO_MEMORY,pr,pr- >wPacketLength);

               pr->wProvSpecl=COMMPROP_INITIALIZED;

               GetCommProperties(port,pr);

     }

     …

     HeapFree(GetProcessHeap(),0,pr);

     CloseHandle(port);

      …

He всегда настройку порта можно жестко зашить в код программы. Внешние устройства могут позволять изменять параметры линии связи, чаще всего скорость обмена, которая зависит от длины соединительного кабеля. В таких случаях разумно предоставить пользователю самому задавать режимы обмена. Можно самому разработать соответствующий настроечный диалог, а можно воспользоваться стандартным, предоставляемым операционной системой, а точнее, производителем порта. Стандартный диалог выводится функцией CommConfigDialog, которая работает со структурой COMMCONFIG. Как и в случае со структурой DCB, заполнять структуру COMMCONFIG можно вручную или вызовом соответствующих функций.

Структура COMMCONFIG

Начнем с самой структуры COMMCONFIG:

typedef struct _COMM_CONFIG {{

     DWORD dwSize;

     WORD wVersion;

     WORD wReserved;

     DCB dсb;

     DWORD dwProviderSubType;

     DWORD dwProviderOffset;

     DWORD dwProviderSize;

     WCHAR wcProviderData[1];

} COMMCONFIG, *LPCOMMCONFIG;

Основной частью этой структуры является уже знакомый нам DCB. Остальные поля содержат вспомогательную информацию, которая, для наших целей, не представляет особого интереса (однако эта информация может быть полезной для получения дополнительных данных о порте). Познакомимся поближе с полями:

∙ dwSize

Задает размер структуры COMMCONFIG в байтах

∙ wVersion

Задает номер версии структуры COMMCONFIG. Должен быть равным 1.

∙ wReserved

Зарезервировано и не используется

∙ dcb

Блок управления устройством (DCB) для порта RS-232.

∙ dwProviderSubType

Задает тип устройства и формат устройство-зависимого блока информации. Фактически это тип порта. Конкретные значения данного поля приведены в описании структуры COMMPROP выше.

∙ dwProviderOffset

Смещение, в байтах, до устройство-зависимого блока информации от начала структуры.

∙ dwProviderSize

Размер, в байтах, устройство-зависимого блока информации.

∙ wcProviderData

Устройство-зависимый блок информации. Это поле может быть любого размера или вообще отсутствовать. Поскольку структура COMMCONFIG может быть в дальнейшем расширена, для определения положения данного поля следует использовать dwProviderOffset. Если dwProviderSubType PST_RS232 или PST_PARALLELPORT, то данное поле отсутствует. Если dwProviderSubType PST_MODEM, то данное поле содержит структуру MODEMSETTINGS.

Функция GetCommConfig

Несмотря на то, что нам нужен только DCB, приходится иметь дело со всеми полями. Заполнение данной структуры противоречивыми данными может привести к неправильной настройке порта, поэтому следует пользоваться функцией GetCommConfig:

BOOL GetCommConfig(

     HANDLE            hCommDev,

     LPCOMMCONFIG lpCC,

     LPDWORD         lpdwSize

);

Параметры функции следующие:

∙ hCommDev

Описатель открытого коммуникационного порта.

∙ IpCC

Адрес выделенного и заполненного нулями, кроме поля dwSize, блока памяти под структуру COMMCONFIG. В поле dwSize нужно занести размер структуры COMMCONFIG. После вызова функции все поля структуры будут содержать информацию о текущих параметрах порта.

∙ IpdwSize

Адрес двойного слова, которое после возврата из функции будет содержать число фактически переданных в структуру байт.

В случае успешного завершения функция возвращает ненулевое значение.

Как всегда не обошлось без тонкостей. Структура COMMPROP имеет переменную длину, поэтому затруднительно сразу выделить требуемый блок памяти. Как и в случае с функцией GetCommProperties, функцию GetCommConfig придется вызывать дважды:

    …

    COMMCONFIG *cf;

    DWORD sz;

    HANDLE port;

    …

сf=(COMMCONFIG*)HeapAlloc(GetProcessHeap(),HEAP_ZERO_MEMORY,sizeof(COMMCONFIG));

    cf->dwSize=sizeof(COMMCONFIG);

    GetCommConfig(port,cf,&sz);

    if(sz > sizeof(COMMCONFIG)) {{

        сf=(COMMCONFIG*)HeapRealloc(GetProcessHeap(),HEAP_ZERO_MEMORY,cf,sz);

        cf->dwSize=sz;

        GetCommConfig(port,cf,&sz);

    };

    ...

    HeapFree(GetProcessHeap(),0,cf);

    CloseHandle(port);

    …

Функция CommConfiaDialoa

Теперь, имея заполненую корректной информацией структуру COMMCONFIG, можно позволить пользователю выполнить настройку параметров с помощью функции CommConfigDialog:

BOOL CommConfigDialog(

     LPTSTR             IpszName,

     HWND               hWnd,

     LPCOMMCONFIG IpCC

);

Вызов этой функции приводит к отображению примерно такого диалогового окна:

Вид окна может отличаться от приведенного. Это зависит от операционной системы и динамической библиотеки, предоставленной производителем порта.

Познакомимся с параметрами функции CommConflgDialng:

∙ IpszName

Указатель на строку с именем порта, для которого отображается диалоговое окно. К реальному имени порта эта строка не имеет никакого отношения, она просто выводится в заголовке окна.

∙ hWnd

Описатель окна, которое владеет данным диалоговым окном. Должен быть передан корректный описатель окна-владельца или NULL, если у диалогового окна нет владельца.

∙ IpCC

Указатель на структуру COMMCONFIG. Эта структура содержит начальные установки, используемые для отображения в диалоговом окне, и установленные пользователем изменения, при завершении диалога.

Как и большинство других функций Win32 API, функция CommConfigDialog возвращает отличное от нуля значение, в случае успешного завершения, и нуль, если возникла ошибочная ситуация.

Функция CommConfigDialog не выполняет настройки порта. Она все лишь позволяет пользователю изменить некоторые поля в блоке DCB, содержащемся в структуре COMMCONFIG. Разумеется, Вы можете изменить установленные пользователем некорректные значения или выполнить дополнительные настройки после вызова функции GetCommConfig.

Функция SetCommConfig

Фактическая настройка порта выполняется функцией SetCommConfig:

BOOL SetCommConfig(

     HANDLE            hCommDev,

     LPCOMMCONFIG IpCC,

     DWORD             dwSize

);

Параметры имеют то же самое значение, как и в функции GetCommConfig. Следует заметить, что описанные три функции позволяют настраивать и некоторые параметры модема, если он подключен к порту и опознан системой. Впрочем, эта возможность может отсутствовать, если она не предусмотрена производителем оборудования.

Функции GetDefaultCommConfig и SetDegaultCommConfig

Обратите внимание на кнопку "Restore Defaults". Вы в состоянии управлять ее поведением, правда опосредовано, с помощью функций GetDefaultCommConfig и SetDegaultCommConfig. Вот их прототипы:

BOOL GetDefaultCommConfig(

     LPCSTR             IpszName,

     LPCOMMCONFIG IpCC,

     LPDWORD          lpdwSize

);

BOOL SetDefaultCommConfig(

     LPCSTR             IpszName,

     LPCOMMCONFIG IpCC,

     DWORD             dwSize

);

Эти функции очень похожи на GetCommConfig и SetCommConfig, но предназначены совсем для другой цели. Предположим, что Ваше устройство, по умолчанию, работает на скорости 175 бит в секунду и обменивается пятибитными символами. Системные же умолчания — 9600 бит в секунду и 8 бит в символе. Что бы пользователь, при нажатии на кнопку "Restore Defaults", получал не системные, а Ваши умолчания, воспользуйтесь функциями GetDefaultCommConfig и SetDefaultCommConfig. SetDefaultCommConfig не настраивает порт, это выполняется функцией SetCommConfig, а изменяет параметры во внутренней области коммуникационного драйвера.

Функция SetupComm

Теперь познакомимся с функцией SetupComm, которая, на самом деле, совсем не то, что следует из названия.

BOOL SetupComm(

     HANDLE hFile,

     DWORD dwInQueue,

     DWORD dwOutQueue

);

Эту функцию скорее следовало назвать SetCommQueueSize, поскольку все, что она делает, это устанавливает размеры (в байтах) очередей приема и передачи. Причем размеры рекомендуемые. В общем случае, система сама в состоянии определить требуемый размер очередей, однако Вы можете вмешаться в этот процесс. Внутренние очереди драйвера позволяют избежать потери данных, если Ваша программа не успевает их считывать, и пауз в работе программы, если она передает данные слишком быстро. Размер очереди выбирается немного большим максимальной длины сообщения. Например, для протокола YMODEM, пакет данных которого имеет длину 1024 байт, разумным размером очереди будет 1200 байт.

Указанный Вами размер очереди будет принят драйвером к сведению. Но он оставляет за собой право внести коррективы или вообще отвергнуть устанавливаемое значение. В последнем случае функция завершится с ошибкой.

Внешние устройства управления объектами, чаще всего подключаемые к портам, обычно обмениваются с компьютером короткими сообщениями. Соответственно и вызов функции SetupComm не требуется. Однако, если Ваше устройство передает или принимает блоки данных длиной в несколько тысяч байт, рекомендуется установить размеры очередей драйвера.

Давайте сделаем паузу в изучении функций настройки и получения состояния коммуникационных портов. Пора от слов переходить к делу, а именно к приему и передаче данных. Начнем с синхронного чтения/записи, это проще.

Функции Read File и WriteFile

Прием и передача данных выполняется функциями ReadFile и WriteFile, то есть теми же самыми, которые используются для работы с дисковыми файлами. Вот как выглядят прототипы этих функций:

BOOL ReadFile(

    HANDLE hFile,

    LPVOID lpBuffer,

    DWORD nNumOfBytesToRead,

    LPDWORD lpNumOfBytesRead,

    LPOVERLAPPED lpOverlapped

);

BOOL WriteFile(

    HANDLE hFile,

    LPVOID lpBuffer,

    DWORD nNumOfBytesToWrite,

    LPDWORD lpNumOfBytesWritten,

    LPOVERLAPPED lpOverlapped

);

Вы наверняка работали с этими функциями и знаете значение их параметров. Но я все-таки кратко остановлюсь на их описании:

∙ hFile

Описатель открытого файла коммуникационного порта.

∙ lpBuffer

Адрес буфера. Для операции записи данные из этого буфера будут передаваться в порт. Для операции чтения в этот буфер будут помещаться принятые из линии данные.

∙ nNumOfBytesToRead, nNumOfBytesToWrite

Число ожидаемых к приему или предназначенных к передаче байт.

∙ nNumOfBytes Read, nNumOfBytesWritten

Число фактически принятых или переданных байт. Если принято или передано меньше данных, чем запрошено, то для дискового файла это свидетельствует об ошибке, а для коммуникационного порта совсем не обязательно. Причина в тайм-аутах.

∙ lpOverlapped

Адрес структуры OVERLAPPED, используемой для асинхронных операций. Подробнее как с структурой, так и с асинхронными операциями мы познакомимся позже. Для синхронных операций данный параметр должен быть равным NULL.

Еще раз коснусь темы тайм-аутов. Если Вы не используете ни общий, ни межбайтный тайм-ауты для операции чтения и внешнее устройство прекратило передачу, то Ваша программа будет вечно ждать завершения синхронной операции. Другими словами она зависнет. Аналогичный результат может быть при использовании программного или аппаратного управления потоком. Если же тайм-ауты используются, то операция чтения нормально завершится. Только количество считанных байт будет меньше количества запрошенных для чтения. Это не обязательно свидетельствует об ошибке. Например, программа может по тайм-ауту определять конец очередного блока данных. Аналогично и для операции записи, с той лишь разницей, что неполная передача данных из буфера, скорее всего, будет свидетельствовать о проблеме во внешнем устройстве. То есть будет считаться ошибкой.

Функция PuraeComm

Коммуникационный порт не совсем обычный файл. Например, для него нельзя выполнить операцию позиционирования файлового указателя. С другой стороны, порт позволяет управлять потоком, что нельзя делать с обычным файлом. Настало время познакомиться с функциями управления приемом/передачей данных через коммуникационные порты. Поскольку первой операцией, после открытия порта, является его сброс, то и начнем с функции выполняющей требуемые действия.

BOOL PurgeComm(

     HANDLE hFile,

     DWORD dwFlags

);

Вызов этой функции позволяет решить две задачи: очистить очереди приема/передачи в драйвере и завершить все находящиеся в ожидании запросы ввода/вывода. Какие именно действия выполнять, задается вторым параметром (значения можно комбинировать с помощью побитовой операции OR):

• PURGE_TXABORT — Немедленно прекращает все операции записи, даже если они не завершены

• PURGE_RXABORT — Немедленно прекращает все операции чтения, даже если они не завершены

• PURGE_TXCLEAR — Очищает очередь передачи в драйвере

• PURGE_RXCLEAR — Очищает очередь приема в драйвере

Вызов этой функции нужен для отбрасывания мусора, который может находиться в приемном буфере на момент запуска программы, или как результат ошибки в работе устройства. Очистка буфера передачи и завершение операций ввода/вывода так же потребуются при ошибке, как процедура восстановления, и при завершении программы, для красивого выхода.

Функция FlushFileBuffers

Следует помнить, что очистка буфера передачи, как и экстренное завершение операции записи, не выполняют передачу данных находящихся в этом буфере. Данные просто отбрасываются. Если же передача остатка данных необходима, то перед вызовом PurgeComm следует вызвать функцию:

BOOL FlushFileBuffers(

     HANDLE hFile

);

Приведу пример выполнения настройки порта и выполнения чтения/записи данных.

    #include <windows.h>

    #include <string.h>

    …

    DCB dсb;

    COMMTIMEOUTS ct;

    HANDLE port;

    DWORD bс;

    char *buf out="Test string";

    char *buf_in;

    …

    dсb.DCBlength=sizeof(DCB);

    BuildCommDCB("baud=9600 parity=N data=8 stop=l",&dcb);

    dсb.fNull=TRUE;

    ct.ReadIntervalTimeout=10;

    ct.ReadTotalTimeoutMultiplier=ct.ReadTotalTimeoutConstant=0;

    ct.WriteTotalTimeoutMultiplier=ct.WriteTotalTimeoutConstant=0;

port=CreateFile("COM2",GENERIC_READ|GENERIC_WRIТЕ,0,NULL,OPEN_EXISTING, 0,NULL);

    SetCommState(port,dсb);

    SetCommTimeouts(port,&ct);

    PurgeComm(port,PURGE_TXCLEAR PURGE_RXCLEAR);

    SetupComm(port,25 6,256);

    …

buf_in=(char*)HeapAlloc(GetProcessHeap(),HEAP_ZERO_MEMORY,strlen(buf_out)+1);

     WriteFile(port,buf_out,strlen(buf_out),&bc,NULL);

     ReadFile(port,buf in,strlen(buf out),&bc,NULL);

     HeapFree(GetProcessHeap 0,0,buf_in);

     CloseHandle(port);

     …

Если на COM2 установить перемычку между сигналами TxD и RxD, то переменная bufin, после выполнения ReadFile, будет содержать ту же информацию, что и buf_out. Других пояснений пример не требует, все уже было подробно рассмотрено раньше.

Функция TransmitCommChar

Иногда требуется срочно передать символ, имеющий определенное специальное значение, а в очереди передатчика уже есть данные, которые нельзя терять. В этом случае можно воспользоваться функцией:

BOOL TransmitCommChar(

     HANDLE hFile,

     char      cChar

);

Данная функция передает один (и только один) внеочередной байт в линию, не смотря на наличие данных в очереди передатчика, и перед этими данными. Однако управление потоком действует. Функцию можно вызвать только синхронно. Более того, если байт экстренных данных, от предыдущего вызова этой функции, еще не передан в линию (например, из-за функций управления потоком), то попытка экстренной передачи еще одного байта завершится ошибкой. Если Вы используете программное управление потоком, то символы приостановки и возобновления передачи (обычно CTRL-S и CTRL-Q), лучше всего передавать именно этой функцией.

Функции SetCommBreak и ClearCommBreak

Последовательный канал передачи данных можно перевести в специальное состояние, называемое разрывом связи. При этом передача данных прекращается, а выходная линия переводится в состояние "0". Приемник, обнаружив, что за время необходимое для передачи стартового бита, битов данных, бита четности и стоповых битов, приемная линия ни разу не перешла в состояние "1", так же фиксирует у себя состояние разрыва.

BOOL SetCommBreak(

     HANDLE hFile

);

BOOL ClearCommBreak(

     HANDLE hFile

);

Функция EscapeCommFunction

Следует заметить, что состояние разрыва линии устанавливается аппаратно. Поэтому нет другого способа возобновить прерванную, с помощью SetCommBreak, передачу данных, кроме вызова ClearCommBreak. Более тонкое управление потоком данным позволяет осуществить функция:

BOOL EscapeCommFunction(

     HANDLE hFile,

     DWORD dwFunc

);

Выполняемое действие определяется вторым параметром, который может принимать одно из следующих значений:

• CLRDTR — Сбрасывает сигнал DTR

• CLRRTS — Сбрасывает сигнал RTS

• SETDTR — Устанавливает сигнал DTR

• SETRTS — Устанавливает сигнал RTS

• SETXOFF — Симулирует прием символа XOFF

• SETXON — Симулирует прием символа XON

• SETBREAK — Переводит выходную линию передатчика в состояние разрыва. SetCommBreak является упрощенной формой данного вызова.

• CLRBREAK — Снимает состояние разрыва для выходной линии передатчика. ClearCommBreak является упрощенной формой данного вызова.

Функция ClearCommError

Приостановить прием/передачу данных может и возникновение любой ошибки при установленном в TRUE поле fAbortOnError в структуре DCB использованной для настройки режимов работы коммуникационного порта. В этом случае, для восстановления нормальной работы порта, следует использовать функцию:

BOOL ClearCommError(

    HANDLE      hFile,

    LPDWORD   IpErrors,

    LPCOMSTAT IpStat

);

Эта функция не только сбрасывает признак ошибки для соответствующего порта, но и возвращает более подробную информацию об ошибке. Кроме того, возможно получение информации о текущем состоянии порта. Вот что означают параметры:

∙ hFile

Описатель открытого файла коммуникационного порта.

∙ IpErrors

Адрес переменной, в которую заносится информация об ошибке. В этой переменной могут быть установлены один или несколько из следующих бит:

• CE_BREAK — Обнаружено состояние разрыва связи

• CE_DNS — Только для Windows95. Параллельное устройство не выбрано.

• CE_FRAME — Ошибка обрамления.

• СЕ_IOЕ — Ошибка ввода-вывода при работе с портом

• СЕ_MODE — Запрошенный режим не поддерживается, или неверный описатель hFile. Если данный бит установлен, то значение остальных бит не имеет значение.

• СЕ_ООР — Только для Windows95. Для параллельного порта установлен сигнал "нет бумаги".

• CE_OVERRUN — Ошибка перебега (переполнение аппаратного буфера), следующий символ потерян.

• СЕ_РТО — Только для Windows95. Тайм-аут на параллельном порту.

• CE_RXOVER — Переполнение приемного буфера или принят символ после символа конца файла (EOF)

• CE_RXPARITY — Ошибка четности

• CE_TXFULL — Переполнение буфера передачи

∙ IpStat

Адрес структуры COMMSTAT. Должен быть указан, или адрес выделенного блока памяти, или NULL, если не требуется получать информацию о состоянии.

Структура COMMSTAT

Если с информацией об ошибке все ясно, то со структурой COMMSTAT мы еще не встречались. Вот она:

typedef struct _COMSTAT

    DWORD fCtsHold:1;

    DWORD fDsrHoldr:1;

    DWORD fRlsdHold:1;

    DWORD fXoffHold:1;

    DWORD fXoffSent:1;

    DWORD fEof:1;

    DWORD fTxim:1;

    DWORD fReserved:25;

    DWORD cblnQue;

    DWORD cbOutQue;

} COMSTAT, *LPCOMSTAT;

Поля структуры имеют следующее значение:

∙ fCtsHold

Передача приостановлена из-за сброса сигнала CSR.

∙ fDsrHold

Передача приостановлена из-за сброса сигнала DSR.

∙ fRlsdHold

Передача приостановлена из-за ожидания сигнала RLSD (receive-line-signal-detect). Более известное название данного сигнала — DCD (обнаружение несущей).

∙ fXoffHold

Передача приостановлена из-за приема символа XOFF.

∙ fXoffSent

Передача приостановлена из-за передачи символа XOFF. Следующий передаваемый символ обязательно должен быть XON, поэтому передача собственно данных тоже приостанавливается

∙ fEof

Принят символ конца файла (EOF).

∙ fTxim

В очередь, с помощью TransmitCommChar, поставлен символ для экстренной передачи.

∙ fReserved

Зарезервировано и не используется.

∙ cblnQue

Число символов в приемном буфере. Эти символы приняты из линии но еще не считаны функцией ReadFile.

∙ cbOutQue

Число символов в передающем буфере. Эти символы ожидают передачи в линию. Для синхронных операций всегда 0.

Теперь Вы знаете почти все о работе с последовательными и параллельными портами в синхронном режиме. Особенности непосредственной работы с модемами я не буду рассматривать, так как существует большой набор высокоуровневых функций и протоколов, таких как TAPI, специально предназначенных для работы с модемами. Если Вас все же интересует эта тема, то почитайте описания функции GetCommModemStatus, и структур MODEMDEVCAPS и MODEMSETTINGS. В остальном работа с модемом ничем не отличается от работы с обычным портом.

Синхронный режим обмена довольно редко оказывается подходящим для серьезной работы с внешними устройствами через последовательные порты. Вместо полезной работы Ваша программа будет ждать завершения ввода/вывода, ведь порты работают значительно медленнее процессора. Да и гораздо лучше отдать время процессора другой программе, чем крутиться в цикле, ожидая какого-либо события. Другими словами, пришло время знакомиться с асинхронной работой с портами.

Функция SetCommMask

Начнем с событий связанных с последовательными портами. Вы указываете системе осуществлять слежение за возникновением связанных с портом событий, устанавливая маску с помощью функции

BOOL SetCommMask(

    HANDLE hFile,

    DWORD dwEvtMask

);

Маска отслеживаемых событий задается вторым параметром. Можно указывать любую комбинацию следующих значений:

• EV_BREAK — Состояние разрыва приемной линии

• EV_CTS — Изменение состояния линии CTS

• EV_DSR — Изменение состояния линии DSR

• EV_ERR — Ошибка обрамления, перебега или четности

• EV_RING — Входящий звонок на модем (сигнал на линии RI порта)

• EV_RLSD — Изменение состояния линии RLSD (DCD)

• EV_RXCHAR — Символ принят и помещен в приемный буфер

• EV_RXFLAG — Принят символ заданный полем EvtChar структуры DCB использованной для на стройки режимов работы порта

• EV_TXEMPTY — Из буфера передачи передан последний символ

Если dwEvtMask равно нулю, то отслеживание событий запрещается.

Функция GetCommMask

Разумеется, всегда можно получить текущую маску отслеживаемых событий с помощью функции

BOOL GetCommMask(

    HANDLE    hFile,

    LPDWORD IpEvtMask

);

Вторым параметром задается адрес переменной принимающей значение текущей установленной маски отслеживаемых событий. В дополнение к событиям, перечисленным в описании функции SetCommMask, данная функция может возвратить следующие:

• EV_EVENT1 — Устройство-зависимое событие

• EV_EVENT2 — Устройство-зависимое событие

• EV_PERR — Ошибка принтера

• EV_RX80FULL — Приемный буфер заполнен на 80 процентов

Эти дополнительные события используются внутри драйвера. Вы не должны переустанавливать состояние их отслеживания.

Функция WaitCommEvent

Когда маска отслеживаемых событий задана, Вы можете приостановить выполнение своей программы до наступления события. При этом программа не будет занимать процессор. Это выполняется вызовом функции

BOOL WaitCommEvent(

    HANDLE           hFile,

    LPDWORD        IpEvtMask,

    LPOVERLAPPED lpOverlapped,

);

Замечу, что в переменной, адресуемой вторым параметром, не будут устанавливаться внутренние события драйвера (перечислены в описании функции GetCommMask). В единичное состояние установятся только те биты, которые соответствуют реально произошедшим событиям.

Адрес структуры OVERLAPPED требуется для асинхронного ожидания (возможно и такое). Однако пока будем полагать, что порт открыт для синхронных операций, следовательно этот параметр должен быть NULL. Замечу только, что при асинхронном ожидании данная функция может завершиться с ошибкой, если в процессе этого ожидания будет вызвана функция SetCommMask для переустановки маски событий. Кроме того, связанное со структурой OVERLAPPED событие (объект создаваемый функцией CreateEvent, а не событие порта) должно быть с ручным сбросом. Вообще, поведение функции с ненулевым указателем на структуру OVERLAPPED аналогично поведению функций чтения и записи. Теперь коротенький пример:

#include <windows.h>

…

DCB dcb;

COMMTIMEOUTS ct;

HANDLE port;

DWORD mask;

DWORD bc;

char buf[101];

…

dcb.DCBlength=sizeof(DCB);

BuildCommDCB("baud=9600 parity=N data=8 stop=1",&dcb);

dсb.fNull=TRUE;

ct.ReadIntervalTimeout=10;

ct.ReadTotalTimeoutMultiplier=ct.ReadTotalTimeoutConstant=0;

ct.WriteTotalTimeoutMultiplier=ct.WriteTotalTimeoutConstant=0;

port=CreateFile("COM2",GENERIC_READ,0,NULL,OPEN_EXISTING,0,NULL);

SetCommState(port,dcb);

SetCommTimeouts(port,&ct);

PurgeComm(port,PURGE_RXCLEAR);

…

SetCommMask(port,EV_RXCHAR);

WaitCommEvent(port,Smask,NULL);

ReadFile(port,buf,10 0,&bc,NULL);

CloseHandle(port);

…

В данном примере ожидается начало сообщения (первый полученный символ), после чего вызывается функция чтения. Освобождать процессор на время ожидания хорошо, но хотелось бы параллельно с вводом/выводом делать какую-либо полезную работу. Что бы это стало возможным, необходимо в качестве параметра dwFlagsAndAttributes вместо 0 указать FILE_FLAG_OVERLAPPED. Кроме того, для функций ReadFile, WriteFile и WaitCommEvent необходимо в качестве параметра lpOverlapped указывать адрес правильно инициализированной структуры OVERLAPPED.

Структура OVERLAPPED

Структура OVERLAPPED выглядит следующим образом:

typedef struct _OVERLAPPED {{

    DWORD Internal;

    DWORD InternalHigh;

    DWORD Offset;

    DWORD OffsetHigh;

    HANDLE hEvent;

} OVERLAPPED, *LPOVERLAPPED;

Подробно описывать поля этой структуры не буду, поскольку данная статья не о файловом вводе/выводе вообще, а о работе с портами. Для наших целей, за исключением WaitCommEvent, можно просто обнулить все поля этой структуры. Для WaitCommEvent поле hEvent должно содержать корректный описатель объекта "событие". Что бы все стало понятно, надо разобраться с таким обязательным атрибутом параллельной работы как синхронизация.

Синхронизация нужна для упорядочения доступа к совместно используемым объектам. Предположим, что две программы одновременно пытаются изменить значение общей переменной. Каков будет результат? Скорее всего неопределенный. Что бы этого избежать требуется разрешать доступ второй программы к переменной только после того, как с ней закончила работать первая программа.

Для синхронизации используются различные методы: семафоры, блокировки, события, критические секции и т. п. События являются простейшими синхронизирующими объектами. Они могут находиться только в двух состояниях: установленном (событие произошло или наступило) и сброшенном (событие не произошло или не наступило). События создаются функцией CreateEvent и разрушаются функцией CloseHandle. Установить событие можно функцией SetEvent, а сбросить ResetEvent.

Титов Олег

ЛИТЕРАТУРНЫЕ СТРАНИЦЫ

Отверженные (глава третья)

В. Гюго

Впрочем, он продолжал держать себя так же просто, как и в первые дни. У него были седые волосы, серьезный взгляд, загорелая кожа рабочего, задумчивое лицо философа. Обычно он носил широкополую шляпу и длинный редингот из толстого сукна, застегнутый доверху. Обязанности мэра он выполнял добросовестно, но вне этих обязанностей жил отшельником. Он редко разговаривал с кем-либо. Он уклонялся от расточаемых ему любезностей, кланялся на ходу, быстро исчезал, улыбался, чтобы избежать беседы, и давал деньги, чтобы избежать улыбки. "Славный медведь!" — говорили о нем женщины. Больше всего он любил прогулки по окрестным полям.

Он всегда обедал в одиночестве, держа перед собой открытую книгу. У него была небольшая, но хорошо подобранная библиотека. Он любил книги; книги — это друзья, бесстрастные, но верные. По мере того как вместе с богатством увеличивался и его досуг, он, видимо, старался употребить его на то, чтобы развивать свой ум. С тех пор как он поселился в Монрейле-Приморском, речь его с каждым годом становилась все более изысканной и более мягкой, что было замечено всеми.

Он часто брал с собой на прогулку ружье, но редко им пользовался. Когда же ему случалось выстрелить, он обнаруживал такую меткость, что становилось страшно Он никогда не убивал безвредных животных. Никогда не стрелял в птиц.

Он был уже далеко не молод, но о его физической силе рассказывали чудеса Он предлагал помощь всякому, кто в ней нуждался: поднимал упавшую лошадь, вытаскивал увязшее колесо, останавливал, схватив за рога, вырвавшегося быка. Он всегда выходил из дому с полным карманом денег, а возвращался с пустым. Когда он заходил в деревни, оборванные ребятишки весело бежали за ним следом, кружась возле него, словно рой мошек.

Можно было предположить, что когда-то он живал в деревне, потому что у него был большой запас полезных сведений, которые он сообщал крестьянам. Он учил их уничтожать хлебную моль, обрызгивая амбары и заливая щели в полу раствором поваренной соли, и выгонять вредных жуков, развешивая повсюду, на стенах, на крыше, на пастбищах и в домах, пучки цветущего шалфея. У него были "рецепты", как выводить с полей куколь, журавлиный горох, лисий хвост — сорные травы, заглушающие хлебные злаки. Он охранял кроличий садок от крыс, сажая туда морскую свинку, запаха которой они не выносят.

Однажды он увидел, что местные жители усердно трудятся над уничтожением крапивы; взглянув на кучу вырванных с корнем и уже засохших растений, он сказал: "Завяла. А ведь если бы знать, как за нее взяться, она могла бы пойти в дело. Когда крапива еще молода, ее листья — вкусная зелень, а в старой крапиве — такие же волокна и нити, как в конопле и льне. Холст из крапивы ничем не хуже холста из конопли. Мелко изрубленная крапива годится в корм домашней птице, а толченая хороша для рогатого скота. Семя крапивы, подмешанное к корму, придает блеск шерсти животных, а ее корень, смешанный с солью, дает прекрасную желтую краску. Кроме того, это отличное сено, которое можно косить два раза в лето. А что нужно для крапивы? Немного земли, и никаких забот и ухода. Правда, семя ее, по мере созревания, осыпается, и собрать его бывает нелегко. Вот и все. Приложите к крапиве хоть немного труда, и она станет полезной; ею пренебрегают, и она становится вредной. Тогда ее убивают. Как много еще людей, похожих на крапиву! — После минутного молчания он добавил: — Запомните, друзья мои: нет ни дурных трав, ни дурных людей. Есть только дурные хозяева"

Дети любили его еще и за то, что он умел делать хорошенькие вещицы из соломы и скорлупы кокосовых орехов.

Когда он видел, что дверь церкви затянута черным, он входил туда; похороны привлекали его так же, как других привлекают крестины. Чужая утрата и чужое горе притягивали его к себе, потому что у него было доброе сердце; он смешивался с толпой опечаленных друзей, с родственниками, одетыми в траур, и священнослужителями, молившимися за усопшего. Казалось, онохотно погружался в размышления, внимая погребальным молитвам, полным видений иного мира. Устремив взгляд в небо, как бы порываясь к тайнам бесконечного, он слушал скорбные голоса, поющие на краю темной бездны, называемой смертью.

Он творил множество добрых дел тайком, как обычно творят дурные.

Вечером он украдкой проникал в дома, тихонько пробирался по лестницам. Какой-нибудь бедняга, поднявшись на свой чердак, находил дверь отпертой, а иной раз даже взломанной. "Здесь побывали воры!" — восклицал несчастный. Он входил к себе, и первое, что бросалось ему в глаза, была золотая монета, кем-то забытая на столе. Побывавшим у него "вором" оказывался дядюшка Мадлен.

Он был приветлив и печален. Народ говорил: "Богач, а совсем не гордый. Счастливец, а с виду невеселый".

Предполагали, что это какая-то загадочная личность, и уверяли, что никому и никогда не разрешается входить к нему в спальню, которая якобы представляет собой монашескую келью, где красуются старинные песочные часы, скрещенные кости и череп. Об этом говорилось так много, что несколько жительниц Монрейля — Приморского, молодых и нарядных, однажды явились к нему домой и попросили: "Господин мэр! Покажите нам вашу спальню. Мы слышали, что это настоящая пещера". Он улыбнулся и тотчас же ввел их в эту "пещеру". Насмешницы были жестоко наказаны за свое любопытство. Это была комната, обставленная самой обыкновенной мебелью, правда, из красного дерева, но довольно некрасивой и оклеенная обоями по двенадцать су за кусок. Единственное, что привлекло внимание дам, были два старомодных подсвечника, стоявших на камине, по-видимому серебряных, "потому что на них была проба". Замечание вполне в духе провинциального городка.

Люди тем не менее продолжали говорить, что никому не разрешается входить в эту комнату и что это келья отшельника, могила, склеп.

Шушукались и о том, что у него имеются "колоссальные" суммы, лежащие у Лафита, причем будто бы эти суммы вложены с таким условием, что могут быть взяты оттуда полностью и в любое время, "так что, — добавляли кумушки, господин Мадлен может в одно прекрасное утро зайти к Лафиту, написать расписку и через десять минут унести с собой свои два или три миллиона". В действительности, как мы уже говорили, эти "два или три миллиона" сводились к сумме в шестьсот тридцать или шестьсот сорок тысяч франков.

СПРАВОЧНИК

Растения — твои друзья и недруги

Ахмедов Р.Б.

Лечение натуральными растительными средствами в наши дни успешно конкурирует с официальным медикаментозным лечением. Книжный рынок заполнили всевозможные лечебники и справочники по фитотерапии. Аптеки предлагают приобрести не один десяток видов популярных трав и кореньев, лечебных чаев и травяных сборов, а у стихийно расплодившихся целителей их перечень и вовсе неиссякаем, вплоть до самых редкостных и экзотических растений.

Не секрет, иногда сами врачи, не видя пользы от своих стереотипных медицинских назначений, или же в дополнение к проводимому лечению, советуют: а вы попейте такие-то травы. Насколько компетентными бывают подобные советы, можно судить хотя бы по такому примеру. Человеку, заболевшему гломерулонефритом,

врач порекомендовал попить мочегонные травы и воспользоваться самым, казалось бы, безобидным средством — толокнянкой. Её даже детям дают при воспалении почек и мочевого пузыря. Начал больной пить отвар толокнянки, и закончилось это ещё более сильным обострением болезни. Откуда было знать врачу, что толокнянка, действительно обладающая сильным бактерицидным, противовоспалительным и мочегонным действием, противопоказана именно при гломерулонефрите? Это ведь в лекарственных препаратах, выпускаемых фармакологической промышленностью, имеются вкладыши с перечнем побочных проявлений и противопоказаний, а на продаваемые травы это правило пока не распространяется.

Лекарственные растения не терпят в отношении к себе панибратского, легкомысленного обращения. Выручил я однажды одного товарища из беды: ему неминуемо грозила операция, а я простыми народными средствами избавил его от камней в жёлчном пузыре. Травяные отвары безболезненно и бесследно растворили их, эти опасные камешки, словно кусочки рафинада в чае.

Некоторое время спустя он прибегает ко мне в расстроенных чувствах: «Эх, чего я натворил! Хотел вылечить от желчных камешков старшего брата. Теми же травами, что ты мне давал. Начал он пить отвары, а от них разыгрался сильный панкреатит. В больницу угодил».

Я вынужден был отчитать его за самодеятельность: почему со мной не посоветовался? Ведь нельзя одним и тем же лекарством лечить всех людей подряд! В случае с ним я подбирал травы, а главное их пропорции, сугубо для него, учитывая результаты обследований, анализы, сопутствующие заболевания. А его брату, принимая во внимание неполадки с поджелудочной железой, я бы переиначил травяной комплекс. Тогда и лечение пошло бы на пользу.

«Вот те на, — озадаченно произнёс он. — Выходит, одни и те же травы кому-то могут быть хорошим другом, а для кого-то стать врагом?» Да, он был недалёк от истины. Пришлось побеседовать с ним об опасности непродуманного самолечения даже, казалось бы, самыми безобидными травами.

Здесь уместно вспомнить слова замечательного армянского врача-естествоиспытателя Амирдовлата Амасиаци, произнесённые более пятисот лет назад: «…Все, порождённое в мире Творцом-богом, делится на три рода веществ: либо пища, либо лекарство, которое может быть полезно для тела, либо яд, который причиняет ему вред, меняет природу человеческого тела и убивает его».

Амирдовлат не указывает на то, что тут не может быть категорического разделения границ, оно и так понятно, что без умения определить истинную природу вещества и пища, неправильно выбираемая, способна нанести существенный вред человеческому телу, и лекарства, принимаемые по невежеству наобум, могут превратиться в убивающий яд, в то время как сам яд в разумных дозах иногда приносит неоценимую пользу, становясь надёжным лекарством, спасающим от смертельной болезни.

Разговор этот я затеял, имея в виду прежде всего окружающий растительный мир, которому посвящена книга. По моему глубочайшему убеждению, нет в природе нелекарственных растений — есть только наше незнание их целебных свойств. Это касается прежде всего той части флоры, которая остаётся за пределами внимания фармакологов и народной медицины.

Мало того, очень часто мы не умеем правильно использовать общеизвестные травяные лекарства, имеющиеся едва ли не в каждом доме. Чуть ли не панацеей от всех болезней считаются лук и чеснок, в лечебных целях используют морковь, томаты, свёклу, смородину, клюкву, яблоки и прочие овощи, фрукты, ягоды. То же самое можно сказать о душице, зверобое, ромашке, шиповнике, боярышнике и других наиболее популярных лекарственных растениях. Редко кто задумывается над тем: а подойдут ли они лично ему?

Из многолетнего общения с лечебными травами я вынес ещё одно убеждение: в природе нет ни одного растения, которое не имело бы каких-либо противопоказаний или побочных проявлений. Если даже они пока не выявлены, это не означает, что их вовсе не существует. В той или иной степени они имеются у любых видов лекарств. Последствия иногда дают знать о себе не сразу, а по прошествии длительного времени, когда организму уже исподволь нанесён ущерб.

Вот почему я давно задался целью обобщить существующие в фитотерапии сведения не столько о показаниях, сколько о противопоказаниях применяемых в медицине дикорастущих и культивируемых лекарственных растениях, стараясь не упустить из виду даже малоизвестные травы. Сведения эти я собирал по крупицам, опираясь и на собственный опыт, и на выводы авторитетных фитотерапевтов. Не претендуя на абсолютную полноту, они, надеюсь, будут постепенно обогащаться новыми наблюдениями. Если мне пока удалось охватить чуть более трёхсот растений, то их список со временем тоже расширится. Неоценимую помощь своими советами могут оказать практикующие целители и сами больные, проходившие лечение растительными средствами.

Следует отметить, что указанные противопоказания касаются растений, применяемых самостоятельно, в отдельности друг от друга. Но и при составлении многокомпонентных травяных сборов необходимо отнестись к ним взвешенно, избегая возможного усиления однотипных побочных проявлений. Вдумайтесь в это и сделайте для себя соответствующие выводы, прежде чем приступить к лечению своих недугов.

Абрикос обыкновенный

Для меня, как и для прочих жителей средней полосы и северных районов России, это прежде всего лакомство, употребляемое в свежем виде непродолжительно и в небольшом количестве. Чаще приходится иметь дело с курагой — высушенными абрикосами. Исследованиями установлено, что 100 г кураги оказывают на процесс кроветворения такое же влияние, как 40 мг препаратов железа или 250 г свежей говяжьей печени. Даже один этот факт свидетельствует о ценном лечебном действии абрикосов на кроветворные органы человека.

Курага богата солями калия, сахарозой, лимонной, никотиновой, салициловой и другими органическими кислотами, содержит в себе витамины С, ВВ, Р, а также микроэлементы — железо, медь, марганец, кобальт. По содержанию каротина абрикос не уступает яичному желтку.

Авиценна считал абрикос самым нежным, полезным и абсолютно «женским» фруктом. В самом деле, многими столетиями проверено, что он улучшает рост волос, делает нежной увядающую кожу, а главное — продлевает жизнь, повышает устойчивость к возникновению злокачественных опухолей.

В лечебной практике оправдывают себя следующие рецепты.

ЗАБОЛЕВАНИЯ СЕРДЦА. Залить стаканом кипятка 50 г кураги, настоять 3–4 часа, процедить. Принимать по половине стакана настоя в день.

Или: измельчить 1 чайную ложку семян, залить 1 стаканом кипятка и размешать до состояния эмульсии. Выпить за день в два-три приёма. Это отличное средство для ослабленного сердца.

УХУДШЕНИЕ ЗРЕНИЯ. Ежедневно принимать по 1/4 стакана свежего сока 3 раза в день на протяжении 1–2 месяцев (пока длится сезон).

АТЕРОСКЛЕРОЗ. Пропустить через мясорубку 100 г кураги. Принимать по 1 столовой ложке массы 2–3 раза в день. Через месяц сделать перерыв на пару недель и курс повторить при необходимости несколько раз.

Добавлю, что абрикосовый сок полезен при болезнях почек и мочевого пузыря, анемии, расстройствах нервной системы, икроножных судорогах, пониженной и нулевой кислотности желудочного сока, заболеваниях кишечника, сопровождающихся гнилостными процессами.

* * *

Однако не все могут принимать эти вкусные и нежные плоды безнаказанно.

Абрикосы, в особенности курага, противопоказаны при сахарном диабете (в кураге до 84 % Сахаров).

Свежие плоды вредны при остром гастрите с высокой кислотностью желудочного сока. Могут они изрядно навредить и тем, кто страдает язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки.

Желательно отказаться от лечения абрикосами при некоторых заболеваниях печени, панкреатите.

Следует помнить, что содержащийся в абрикосах провитамин А (каротин) не усваивается при пониженной функции щитовидной железы. В таких случаях больным целесообразно назначать медикаментозный чистый витамин А.

Нельзя есть абрикосы на голодный желудок, тем более натощак, а также после шашлыков, плова или другой трудноперевариваемой пищи. Не вздумайте сразу после абрикосов выпить холодную воду — откроется понос.

Любителям орешков из семян не следует забывать о том, что среди нескольких тысяч сортов абрикосов, особенно дикорастущих, есть такие, семена которых могут содержать сильнейший яд — синильную кислоту. Разовая доза свыше 20 г может вызвать отравление.

Авран лекарственный

У одного больного цирроз печени сопровождался упорным асцитом — водянкой живота. Дважды откачивали по 8-10 литров жидкости. Бессильными оказались как медикаментозные препараты, так и травяные мочегонные отвары. Выручил авран. К нему за помощью обращаются лишь опытные травники, высоко ценя его за сильное слабительное и мочегонное действие, подчас незаменимое при брюшной водянке, а также сильных отёках, вызванных сердечной недостаточностью, иногда и при экссудативном плеврите при раке лёгких. Авран применяют и при пороке сердца, желтухе, психических, кожных и некоторых других заболеваниях.

К счастью, растение не относится к общеизвестным, мало кто знаком с ним, ни в одной аптеке его не купишь и не у всякого травника найдёшь, иначе бы не избежать при частом обращении с ним больших неприятностей, так как авран очень ядовит. Сведения о нём можно найти только в очень редких справочниках.

Между тем авран распространён во всей европейской части России, исключая самые северные районы, а также на Украине, в Беларуси, на Кавказе, в Западной Сибири, Казахстане. Его одиночные белые цветки можно увидеть по сырым местам, на заливных лугах, по берегам рек, болотам. Встречается нечасто. Во всяком случае мне не удавалось собрать его в желаемом количестве.

Профессор С. А. Томилин в 1949 году установил, что авран действует на сердце аналогично наперстянке и обладает сильным слабительным действием, и считал его ценным средством при заболеваниях сердца с сердечной недостаточностью и наличием асцита. В отличие от наперстянки, ценность аврана заключается в том, что он не аккумулирует, то есть не накапливается в организме. Несмотря на малую доступность аврана, приведу в пример наиболее эффективные способы его применения.

СЕРДЕЧНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ. Неполную чайную ложку травы залить 150 мл кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать по 50 мл настоя 3 раза в день. Так как авран раздражающе действует на желудок и кишечник, в этот настой желательно добавить 2–3 столовые ложки слизи крахмала.

ПОРОК СЕРДЦА, особенно осложнившийся отёками и асцитом. 3–4 чайные ложки травы залить стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 2–3 раза в день или через день — установить индивидуально, так как у большинства больных после приёма настоя возникают водянистые испражнения, и асцит исчезает почти на полгода.

ХРОНИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ КОЖИ (экзема, зуд, почесуха, дерматиты, застарелые раны и язвы). Высушить растение, истолочь в порошок и принимать по 0,2 г 3 раза в день, запивая водой. Если нет возможности взвесить, пользуются народной мерой — «на кончике ножа».

ТРОФИЧЕСКАЯ ЯЗВА. Свежее растение измять, приложить к язве и прибинтовать. Повязку с травой менять 3–4 раза в день. Одновременно принимать по 0,2 г порошка травы 3 раза в день. За одно лето можно избавиться от этой, казалось бы, неизлечимой язвы.

* * *

Из-за сильной ядовитости авраном надо пользоваться с осторожностью, строго дозируя, желательно под контролем врача. При отравлении возникает понос с кровью и коликами, передозировка вызывает судороги, коллапс.

Авран противопоказан при энтероколитах и колитах с жидким стулом, эрозивном гастрите, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, при синдроме раздражённого кишечника.

Для тех, кто за рулём: даже незначительная передозировка или длительность лечения могут вызвать у человека невосприимчивость к зелёной части спектра.

Агава американская

Это комнатное растение часто путают с алоэ или считают его разновидностью, хотя относятся они к совершенно разным семействам (агава — из семейства амариллисовых, а алоэ — из семейства лилейных). И родина у них разная: агава — из Южной Америки, а алоэ — из Южной Африки.

У агавы, в отличие от алоэ, нет древовидного стебля. Сочные, зелёно-пёстрые листья поднимаются прямо от корневой системы, да и колючки у неё совсем иные. Однако в народе никакой разницы между этими растениями не замечают, зачастую используя в одних и тех же лечебных целях, потому что химические и фармакологические свойства у них почти одинаковые.

Агава более всего известна тем, что в Мексике из её сока делают прославленную национальную водку — текилу. А вот алоэ для этих целей не годится. Как, впрочем, имеются и некоторые рецептурные различия при целом ряде болезней.

СПОНДИЛЁЗ (отложение солей в межпозвонковой области шеи). Один средней величины лист (а точнее: 50 г) измельчить в кашицу, залить 200 мл водки, настоять в тёмном месте 8-10 дней, ежедневно потряхивая. После процеживания принимать по 10–15 капель 3 раза в день перед едой. Ещё больший эффект одновременно с этим лечением даст ежедневное натирание шейных позвонков настойкой ягод красной бузины или корней сабельника.

АСЦИТ. 1 чайную ложку сока, выжатого из листа, развести в 0,5 л кипячёной воды. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день. Возраст агавы должен быть не менее трёх лет.

ЖЕЛТУХА, БОЛЕЗНИ ПЕЧЕНИ. Высушить на воздухе листья агавы, растереть в порошок и принимать по 0,2–0,5 г 3 раза в день, запивая обычной кипячёной водой, однако действие можно усилить настоем травы репешка или плодов шиповника.

ИШИАС (воспаление седалищного нерва). Крупный лист разрезать вдоль и приложить к больному месту. У некоторых при повышенной чувствительности кожи ощущается сильный жар, даже значительная боль, но бояться этого не надо, никаких осложнений это не вызовет. Уменьшить раздражение кожи можно помазав болезненное место свежим творогом. Это лечение ишиаса считается одним из самых лучших и надёжных.

* * *

Противопоказания у агавы примерно такие же, как у алоэ. Но имеется у неё ещё одна особенность. Агава противопоказана тем, кто планирует иметь детей. Дело в том, что в растении содержатся вещества анордрин и динордрин, подавляющие детородность (зато они могут послужить эффективным противозачаточным средством).

Адонис — горицвет весенний

Башкиры называют его жёлтым подснежником — его крупные цветы горят жарким золотом на полуголых чёрных пригорках сразу после схода снега.

Врачи называют его сердечной травой — используют, в основном, при различных заболеваниях сердца: при сравнительно лёгких формах хронической недостаточности кровообращения, неврозах сердца, вегетососудистой дистонии, инфекционных заболеваниях, протекающих с симптомами ослабления сердечной деятельности.

Рецептов для лечения сердца множество, но почти все они сводятся к одному: для настоя брать не больше 5–6 г на 200 мл кипятка и принимать по 1, редко по 2 столовые ложки 3 раза в день.

Но имеются у адониса оригинальные, практически неизвестные способности. К примеру, адонис эффективен при судорогах наркоманов, вызванных кокаином. Предварительное введение настоя или настойки адониса предотвращает смертельные исходы. Эти препараты предупреждают также наступление камфорных судорог, а также судорог, вызванных пикротоксином. Судороги могут быть вызваны всякими причинами и, думается, никому не помешает один простой рецепт.

СУДОРОГИ. Надо взять 1 столовую ложку свежевысушенной травы адониса, залить 1,5 стаканами крутого кипятка, закрыть крышкой и настоять в тёмном месте 2 часа. Процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день. Настой ежедневно готовить свежий, так как он быстро теряет силу и закисает.

УДУШЬЕ (при сильном кашле). 1 чайную ложку травы залить половиной стакана кипятка, настоять 1–2 часа, процедить и принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день, пока не почувствуете себя лучше.

МИОЗИТ. Взять 7 г сухой травы, залить 1 стаканом кипятка, настоять 1 час. Пить по 1 столовой ложке 3 раза в день при болях в мышцах (и в суставах тоже).

* * *

Как видите, дозировка везде даётся небольшая, так как лекарство очень сильное. Это не означает, что болезнь должна пройти сразу. Лечение травами вообще требует времени и настойчивости.

Противопоказания к адонису — гипертония.

Препараты из адониса вызывают выкидыши, поэтому они противопоказаны при беременности.

При лечении адонисом надо помнить, что он противопоказан при повышенной свёртываемости крови.

Адонис нельзя применять при атриовентрикулярной блокаде сердца.

Нельзя назначать адонис при брадикардии, когда пульс ниже шестидесяти ударов в минуту.

Аир болотный

О целебных свойствах аира знали ещё задолго до нашей эры. Корни аира пользуются большой популярностью не только при желудочно-кишечных заболеваниях, но и в качестве тонизирующего средства при ревматизме и угнетённом состоянии нервной системы, для улучшения зрения и слуха, при нарушении менструального цикла и поражении трихомонадами, как бактерицидное средство во время эпидемий гриппа, тифа, холеры, как отхаркивающее средство при бронхитах и бронхиальной астме, при холециститах и камнях в почках. Используют аир даже при хронических заболеваниях спинного мозга с потерей чувствительности, при сердцебиениях.

Аир стараются включать во многие травяные сборы, где без него трудно обойтись. Вот один из таких удачных, проверенных жизнью сборов.

ПАНКРЕАТИТ. Взять по 50 г корней аира и одуванчика, по 25 г корней крапивы, травы чабреца, листьев мяты перечной и шишек хмеля. Все смолоть в кофемолке 2–3 раза — до состояния однородного порошка. Смешать 5 столовых ложек порошка с 200 г мёда, повидла или варенья. Принимать по 1–2 чайные ложки 1–2 раза в день в течение длительного времени. Хранить в холодильнике.

МИОМА. 1 столовую ложку порошка сухого корня аира (или 2 столовые ложки свежего корня) смешать с 50 мл сока алоэ и 50 г мёда. Настоять 3 дня. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день до еды. Это одно из довольно-таки эффективных средств лечения миомы, особенно если сочетать в комплексе с дополнительным лечением: приёмом настойки боровой матки или марьиного корня и специальными спринцеваниями, либо тампонами с травяным маслом (об этом будет говориться в рассказах о других растениях).

ЗРЕНИЕ. 1 чайную ложку корней залить 300 мл виноградного вина, настоять 2–3 недели и принимать по 10–30 капель на ложке воды (дозировка индивидуальная).

ТОНЗИЛЛИТ (хронический). 2 столовые ложки корней залить 1 стаканом кипятка, закрыть крышкой и поставить в кипящую водяную баню. Парить 20–30 минут, процедить. Полоскать горло как можно чаще.

ДИСКИНЕЗИЯ ЖЕЛЧЕВЫВОДЯЩИХ ПУТЕЙ. 1 столовую ложку измельчённых корней залить 1 стаканом кипятка, закрыть крышкой и настоять 20 минут. Принимать по 2 столовые ложки 3–4 раза в день за полчаса до еды.

ДЕПРЕССИЯ. 100 г корня залить 1 л красного десертного вина, настоять 15 дней. Пить по одной трети стакана до еды.

* * *

Аир имеет противопоказания при высокой кислотности желудочного сока. В случае крайней необходимости можно вводить его в тщательно сбалансированные сборы, куда в состав входят травы, погашающие повышенную секрецию соляной кислоты.

В старинных источниках указывается, что нельзя пользоваться аиром при остром воспалении почек.

Настой аира нежелателен при острой фазе язвенной болезни желудка.

Известно, что порошок аира, взятый «на кончике ножа», подавляет самую упорную изжогу. Некоторые люди ленятся мельчить корень и жуют его, а это может вызвать сильную рвоту.

Необходимо знать и о том, что экстракт аира снижает давление — это памятка для гипотоников.

Аистник цикутовый

В погоне за «модными» растениями в наше время об аистнике почти забыли, хотя по своему действию он способен дать фору многим из них. Во всяком случае при сборе трав я мимо него не пройду. У аистника довольно приличный химический состав: дубильные вещества, флавоноиды, горечи, смолы, ацетилхолин, каротин, сахара, органические кислоты, витамины С, К. Если это кому-то мало о чём говорит, то скажу хотя бы о флавоноидах. Разновидностей у них много и говорить о них можно долго: как они помогают лечению бронхов, способствуют удалению радиоактивных веществ из организма, укрепляют стенки капилляров, понижают артериальное давление, обладают противовоспалительным, бактерицидным, ранозаживляющим, противоопухолевым действием. Достаточно ещё сказать, что флавоноиды — главная составная часть прополиса.

В народной медицине водный настой травы аистника применяли при простудных заболеваниях, воспалении лёгких, плеврите, грудной жабе, женских болезнях воспалительного характера, геморрое, метеоризме.

Я включал аистник при лечении рака лёгких с экссудативным плевритом в сложный лечебный комплекс, не отдельно. Использовал при эписиндромах.

ЭПИЛЕПСИЯ. 1 полную чайную ложку травы залить 1 стаканом кипятка, закрыть крышкой и настоять 2 часа. Процедить. Принимать по одной четверти стакана, капая в каждую принимаемую порцию из пипетки по 20 капель настойки корней дягиля. (Лечение велось комплексное, в него входили и другие растительные лекарства.)

* * *

Аистник противопоказан при запущенных формах сахарного диабета.

Аистник способен влиять на протромбиновый индекс, не рекомендуется применять его при повышенной свёртываемости крови, при варикозах и тромбофлебитах.

Айва

Поздней осенью продавцы фруктов выкладывают на прилавки округлые оранжевые плоды, напоминающие внешним видом помидоры. Вкус у них терпкий, сладковато-нежный, вяжущий. Много не съешь. Во всяком случае, они рассчитаны на любителя. Особенно на тех, кто варит изысканное варенье, выкидывая при этом тёмные, продолговатые, довольно крупные семена. А они-то, между прочим, чаще всего находят лекарственное применение. Впрочем, и мякоть благодаря большому содержанию железа применяют для лечения железодефицитной анемии, дают больным после изнуряющих болезней, высокой температуры.

ТРЕЩИНЫ ЗАДНЕГО ПРОХОДА. Ежедневно и почаще делать припарки из мякоти айвы или её сока — это одно из самых эффективных средств, дающих быстрое излечение.

КРОВОТЕЧЕНИЯ (маточные). Чтобы остановить кровотечение, надо 3 раза в день пить чай с мелко нарезанной айвой. Или сделать отвар из свежих или сушёных плодов и принимать в течение дня.

Прекрасное средство при обильных маточных кровотечениях, особенно в климактерический период — отвар свежих или сушёных семян — 7–8 штук на стакан воды, кипятить 3–5 минут.

При обильных, изнуряющих менструациях — 3–4 раза в день принимать на кончике чайной ложки (не больше!) высушенные семена, не измельчая их.

АТОНИЧЕСКИЙ ЗАПОР. Из семян приготовить слизистый отвар, принимать утром и на ночь. Семена айвы содержат 20 % слизи, легко разбухающей в воде.

БРОНХИТ, КАШЕЛЬ. Полученную из семян слизь принимают по 1 столовой ложке 3–4 раза в день через 20–30 минут после еды. Это же лекарство помогает при гастрите с болями в желудке.

КСЕРОСТОМИЯ (синдром сухого рта). Бывает, во рту пересыхает так, что разговаривать трудно, язык не ворочается. В этом случае прекрасно могут помочь семена айвы. Особенно если предстоит длительная беседа, за полчаса до неё положите под язык несколько сухих семян. При необходимости на время беседы или выступления можно оставить под языком одно семя — и вы спасены. Кстати, лихорадящим больным, у которых постоянно пересыхает во рту, тоже рекомендуют подержать под языком семена 1–2 часа.

А ведь запастись семенами айвы для таких случаев не так уж трудно. Не выбрасывайте их, съедая айву. Семена надо сушить при температуре не выше 40–50 градусов, пока не покроются матовой белесоватой плёнкой, без запаха, но со вкусом горького миндаля.

* * *

Семена айвы ни в коем случае нельзя мельчить для лекарства или грызть просто так — они содержат 0,53 % амигдалина, превращающегося в желудке в синильную кислоту — сильнейший яд.

Нельзя принимать препараты айвы при хронических запорах.

Препараты айвы, помогая при бронхитах и воспалении лёгких, тем не менее не рекомендуются при плевритах.

По некоторым сведениям, айва вредит гортани, голосовым связкам.

Акация белая

У каждого растения имеются свои поклонники, находящие в нём какие-нибудь особенные достоинства. Кто-то при лечении варикоза ничего не признает, кроме каштана, а я знаю травницу, которая отлично рассасывает вздувшиеся венозные узлы настойкой цветков и листьев белой акации.

В народе препараты белой акации применяют при гриппе, кашле, болях в желудке и кишечнике, желудочных кровотечениях, воспалении мочевыводящих путей, болезнях почек (пиелонефрите), гипертонии и некоторых других заболеваниях.

ТРОМБОФЛЕБИТ. Цветки или листья белой акации настаивают на водке в соотношении 1:2 в течение 1 недели. Больные вены смачивают настойкой и растирают.

АРТРИТ, АРТРОЗ, ОСТЕОХОНДРОЗ. Готовится на водке такая же настойка, ею растирают больные суставы, делают примочки, компрессы.

НЕВРАЛГИЯ, МИОЗИТ — растирания и примочки такой же настойкой.

ЦИСТИТ. 1 чайную ложку сухих цветков залить стаканом кипятка, настоять 30 минут. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день.

ГАСТРИТ (с повышенной кислотностью). 1,5 чайной ложки коры залить 2 стаканами кипятка, настоять 2 часа, принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день. Боли утихают быстро.

* * *

В больших дозах растение ядовито. Особую опасность представляет кора: со держащийся в ней токсальбуминробин может вызвать раздражение слизистых оболочек.

При гастритах с низкой кислотностью, разумеется, не принимать.

При отравлении наблюдается нарастающее возбуждение.

Алоэ древовидное

Это популярное домашнее растение, часто применяемое в быту, помогает лечить многие заболевания: язву желудка и двенадцатиперстной кишки, анацидные гастриты, колиты, запоры, начальную стадию сахарного диабета, хроническую бронхопневмонию, в смеси с мёдом и салом — туберкулёз лёгких, мужское и женское бесплодие, раны, ожоги, трофические язвы.

Существует не одна сотня рецептов с применением алоэ. Я остановлюсь лишь на некоторых, имеющихся не у каждого под рукой.

ИНСУЛЬТ. Растворить в 34 стакана сока алоэ 5 г мумие. Пить натощак по 1 чайной ложке 2 раза в день — утром сразу после пробуждения и на ночь перед сном ежедневно. Курс — 2 недели. Затем также на 2 недели сделать перерыв. Во время перерыва продолжать пить настойку прополиса по 20–30 капель 3 раза в день за полчаса до еды, затем снова 2 недели принимать смесь алоэ с мумие. Хранить в холодильнике. Такое лечение длится не больше двух месяцев. За это время рассасываются рубцы и уплотнения в мозге.

ГЕРПЕС. Принимать по 1 чайной ложке сока алоэ 2–3 раза в день перед едой. Смазывать соком места высыпания герпеса.

ГИПЕРТОНИЯ. Полностью избавиться от прочно обосновавшейся в организме этой болезни практически невозможно, но облегчения добиться можно. Если утром натощак принимать на чайной ложке воды по 3 капли свежего сока алоэ, то через 2 месяца давление снижается почти до нормы.

ТРОЙНИЧНЫЙ НЕРВ. При воспалении тройничного нерва полезно принимать по 1 десертной ложке сока алоэ 3 раза в день за полчаса до еды.

МАСТОПАТИЯ. Перемешать по 1 части сока алоэ, кукурузного масла и сока чёрной редьки, добавить 70° спирта из расчёта 50 мл на 0,5 л смеси, убрать в тёмное место и настаивать 1 неделю, принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день за 20 минут до еды. Это же средство способствует рассасыванию опухоли матки.

ФИБРОМА МАТКИ. Измельчить в кашицу 200 г листьев алоэ, разрезать и положить туда 1 плод каштана, добавить 3 стакана красного виноградного вина, размешать и поставить посуду в горячую водяную баню. Парить 30 минут, процедить, отжать. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день за 20 минут до еды. (Этими рецептами можно воспользоваться отдельно, но я, как правило, стараюсь вести комплексное лечение, привлекая дополнительно другие усиливающие средства. Запрягаю, образно говоря, вместо одного коня тройку лошадей.)

ДИЭНЦЕФАЛЬНЫЙ, АСТМАТОИДНЫЙ П0СТГРИПП03НЫЙ ПАРОКСИЗМ (внезапный приступ, особенно спазмов или судорог), СПАЗМ ПИЩЕВОДА, НЕВРАЛГИЯ ЯЗЫКОГЛОТОЧНОГО ИЛИ ВЕРХНЕГО ГОРТАННОГО НЕРВА. Помогает следующее лекарство: смешать по 100 г свиного сала, сливочного масла, мёда и порошка какао, добавить 15 мл сока алоэ. Все хорошенько смешать. Принимать по 1 столовой ложке смеси 2 раза в день, размешивая в стакане горячего молока, после еды утром и на ночь (уже в постели) в течение 1–1,5 месяцев. Проверено. Помогает. Смесь хранить в холодильнике.

* * *

Правда, и противопоказаний у алоэ много. Его препараты представляют большую опасность при кровоточащем геморрое, особенно в холодные или очень жаркие дни. Ещё Авиценна указывал на то, что «в холодные дни поить сабуром опасно, ибо тогда сабур, каков бы он ни был, нередко послабляет кровью».

Алоэ вообще противопоказан при острых воспалительных заболеваниях желудочно-кишечного тракта, воспалительных заболеваниях органов малого таза, а женщинам — при маточных кровотечениях, обильных менструациях.

Алоэ усиливает перистальтику кишечника и способен вызвать воспаление толстой кишки.

Нельзя принимать алоэ при остром воспалении почек — пиелите, нефрите, воспалении мочевого пузыря.

Алоэ стимулирует секрецию желчи и может представлять опасность при желчно-каменной болезни с крупными конкрементами. Я бы не советовал пользоваться препаратами алоэ при таких заболеваниях печени и желчного пузыря. Лучше обратиться к другим более эффективным средствам.

У некоторых людей алоэ даже при местном, наружном применении иногда вызывает аллергическую реакцию в виде острого буллезного дерматита. Во врачебной практике наблюдались случаи анафилактического шока при инъекции алоэ или закапывании его сока в нос.

Часто приходится сталкиваться с такими домашними средствами от туберкулёза, как алоэ с мёдом, салом и прочими вещами. Советую серьёзно отнестись к предупреждению, что алоэ противопоказан при туберкулёзе с кровохарканьем.

Противопоказан алоэ и при тяжёлых сердечно-сосудистых заболеваниях, в частности, в стадии декомпенсации.

Нельзя принимать препараты алоэ беременным женщинам, особенно после шести месяцев беременности.

Спорным остаётся вопрос о применении алоэ в онкологии. Некоторые фитотерапевты, в частности, Н. Даников, настоятельно рекомендует начинать день с приёма препаратов алоэ при раке молочной железы и матки, желудка, прямой кишки, почек, печени и других органов. Иные клиницисты выступают против этого, учитывая перечисленные выше противопоказания (особенно при раке матки, почек, печени). Алоэ относится к сильным биостимуляторам и, не исключено, может спровоцировать не только кровотечения, но и более ускоренный рост опухолевых клеток.

Кроме того, нежелательно принимать алоэ людям старше сорока лет.

Алоэ противопоказан при простатите.

Ни в коем случае нельзя использовать для лечения глаз (промывания) неразведенный сок алоэ.

Алтей лекарственный

Алтей очень часто путают с мальвой лесной или хатьмой тюрингенской. Большой беды в этом нет, так как химический состав у них почти одинаковый, и хатьмой очень часто заменяют алтей. Хотя бы потому, что настоящий алтей встречается в природе значительно реже своих родственников.

Корни алтея содержат много слизи и крахмала, сахар, аспарагиновую кислоту, фитостерин, фосфаты, пектиновые вещества, витамины, а цветки — твёрдое эфирное масло. Главное лечебное действие алтея зависит от наличия в нём слизей и пектиновых веществ. Вот почему его корни служат в качестве обволакивающего, мягчительного, отхаркивающего и противовоспалительного средства при заболеваниях дыхательных путей: бронхитах, трахеитах, воспалении лёгких, бронхиальной астме. Настой корня применяют и при воспалении Мочевого пузыря, болезненном непроизвольном мочеиспускании, при хронических колитах, дизентерии, диспепсических поносах у детей, заболеваниях почек и особенно язве желудка и двенадцатиперстной кишки. Алтей эффективен при экземе, псориазе.

Рецепты по применению алтея можно найти всюду, в любой аптеке дадут консультацию, поэтому я упомяну лишь редко встречающиеся прописи.

АДЕНОМА ПРОСТАТЫ, ХРОНИЧЕСКИЙ ПРОСТАТИТ. 6, 5 г (полная с крутой горкой столовая ложка) корней залить половиной стакана воды комнатной температуры, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1 столовой ложке через каждые 2 часа. Лучше всего лечение проводить в комплексе с настойкой грушанки, дурнишника, настоями коры или листьев лещины, меняя время от времени настоями коры осины, травы кипрея, синеголовника, хвоща и некоторых других трав, сочетая с приёмом капель настойки болиголова — по предписанию фитотерапевта.

РАК МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ, РАКОВЫЕ ПОРАЖЕНИЯ КОЖИ. 2 столовые ложки корней или цветков, можно и листьев, залить 2 стаканами воды, варить 15 минут, настоять 2 часа. Делать припарки на поражённые места на 2 часа. Лечение обязательно комплексное, с применением других конкретно назначаемых лекарств. (Описание такого лечения я дам в главе о моркови.)

ЭМФИЗЕМА ЛЁГКИХ. 2 столовые ложки измельчённых корней залить 1,5 стаканами холодной кипячёной воды, настоять 1 час. Сначала размешать ложкой, затем процедить. Принимать по полстакана 3 раза в день. Курс лечения 2 месяца. Повторять 3 раза в год на протяжении 3–5 лет. В этих же целях можно готовить горячий настой: 2 столовые ложки цветков и листьев залить 1–2 стаканами кипятка — дневная доза. Сроки те же.

КСЕРОСТОМИЯ (синдром сухого рта). 2 столовые ложки корня алтея настоять в 1,5 стаканах кипячёной воды комнатной температуры в течение 45 минут. Процедить. Пить по 1 столовой ложке от 3 до 6 раз в день на протяжении полутора месяцев. При синдроме Шегрена (сухость рта одновременно с ревматоидным артритом и сухостью глаз) курс 2 месяца 3 раза в год в течение нескольких лет.

НЕВРАЛГИЯ ТРОЙНИЧНОГО НЕРВА, МИОЗИТ, АЛЛЕРГИЧЕСКИЙ КОНЪЮНКТИВИТ. 3–4 чайные ложки корня залить стаканом холодной кипячёной воды, настоять 8 часов (лучше, если поставить на ночь). Процедить. Использовать на примочки или компрессы.

* * *

Серьёзных противопоказаний у алтея пока не выявлено. Моё личное мнение: корни алтея не следует длительно назначать при обострении панкреатита, сахарной болезни. Не назначаю я алтей при запущенных варикозах, тромбофлебите. Не мешает прислушаться к предупреждению Амирдовлата Амасиаци, что алтей вреден для селезёнки.

Амми большая

Древние арабские врачи семенами амми большой лечили лейкодермию и другие кожные заболевания. Это лекарственное растение у нас выращивают для медицинских нужд в южных районах. В народе его называют китайским тмином. Из семян изготовляют фармацевтические препараты, применяемые для лечения нейродермитов, гнездной плешивости, красного плоского лишая, витилиго, псориаза — обычно в сочетании с ультрафиолетовым облучением.

* * *

Некоторые народные целители тоже пользуются семенами амми большой: дают больному выпить отвар, заставляя выставить поражённые участки тела под солнечные лучи, но при неумелом пользовании это чревато серьёзными последствиями.

Дело в том, что любые препараты из семян амми большой (аммифурин и др.) раздражают почки и противопоказаны при пиелитах, пиелонефритах, гломерулонефритах. От лечения этим растением необходимо отказаться при больной печени. Имеются и такие серьёзные противопоказания, как сахарный диабет, тиреотоксикоз, заболевания крови и центральной нервной системы, туберкулёз лёгких и кожи, доброкачественные и злокачественные опухоли, беременность.

Можно понять людей, которые любыми правдами и неправдами готовы раздобыть заветные семянки китайского тмина, сейчас таких проблем практически не существует, или довериться любому лекарю, лишь бы избавиться от лейкодермии, витилиго или псориаза, против которых официальная медицина пока почти бессильна. Но стоит ли кидаться из огня да в полымя, если у больного имеется хотя бы одно из перечисленных противопоказаний?

Амми зубная

От амми большой эта её ближайшая родственница отличается меньшей токсичностью и более широким спектром применения. В диком виде произрастает на Кавказе, в основном в Азербайджане. Культивируется в Краснодарском крае, в Молдове, на юге Украины. Из семян амми зубной изготавливают препараты Келлин и Ависан.

В народной медицине настой и настойку семян применяют при гипертонии, стенокардии, бронхиальной астме, мигрени, холецистите, желудочных спазмах, при хронической ишемической болезни, как лёгкое седативное средство.

МИГРЕНЬ. 2 чайные ложки семян залить водой, довести до кипения, но не варить. Настоять 1 час. Процедить. Принимать по 1 столовой ложке каждые 3 часа (3–4 раза в день). Вдополнение 1 столовую ложку душицы залить 1 стаканом кипятка, укрыть, настоять до тёплого состояния, смочить волосы, особенно корни волос и кожу головы, повязать голову платком и через полчаса снять его. На улицу не выходить, дать высохнуть волосам.

АСТМА, СТЕНОКАРДИЯ. 1 столовую ложку семян настоять в 100 мл водки 2 недели, процедить. Принимать на ложке воды по 10–20 капель — индивидуально. Не даёт развиться болезни, однако астматические и стенокардические приступы не купирует.

* * *

От применения амми зубной могут наблюдаться головокружение, сонливость, нарушение пищеварения, кожные сыпи, исчезающие после отмены препарата.

К серьёзным противопоказаниям относится далеко зашедшая недостаточность кровообращения.

При заболеваниях щитовидной железы, почек, поджелудочной железы и любых опухолевых процессах в организме желательно отказаться от амми зубной и обратиться к другим лечебным средствам.

Ананас

Король тропических плодов. Его приятно иметь на столе не только ради экзотики и как дорогой деликатес. Он не только нежным вкусом очарует, но и целебную пользу принесёт. В нём витамины В, В, В, РР, провитамин А. Мякоть богата минеральными веществами: калием, железом, медью, цинком, кальцием, магнием, марганцем, йодом. Популярностью он обязан бромелайну — смеси ферментов, расщепляющих белок в мякоти плода.

УКРЕПЛЕНИЕ ПАМЯТИ. Ананас не даёт развиваться атеросклерозу. Особенно необходим людям, которым нужно удерживать в памяти большое количество цифр или информации (бухгалтерам, экономистам, коммерсантам и др.). Надо пить всего 1 стакан сока в день 7–8 раз в месяц регулярно.

ТРОМБОЗЫ, ОТЕКИ. Ежедневно принимать по 200 мл сока или съедать половину свежего ананаса до улучшения состояния организма. (Высокое содержание калия помогает избавиться от лишней жидкости, а также нескольких килограммов веса.)

ВОСПАЛЕНИЕ СУХОЖИЛИЙ, ТРАВМЫ. Надо хотя бы один день посидеть на диете из ананасов.

* * *

Ананас противопоказан при низкой вязкости крови.

Лечение ананасами нежелательно для гипотоников.

Анис обыкновенный

Анис популярен со времён Гиппократа и Авиценны. Им лечили всевозможные нарушения желудочно-кишечного тракта, воспалительные заболевания почек, мочевого пузыря и мочевыводящих путей, воспаление миндалин, потерю голоса, бронхиальную астму, коклюш. Если настоем травы промывать глаза, то улучшается зрение, снижается внутриглазное давление. Анис увеличивает мужскую потенцию. Авиценна писал об анисе: «… он усиливает отделение мочи, очищает матку от жидких белых истечений, возбуждает к сближению, манит мужчину к женщине…»

САЛЬПИНГИТ (воспаление маточных труб). Плоды аниса 100 г растереть в порошок, смешать с 0,5 кг мёда в однородную массу. Принимать по 1 чайной ложке 3 раза в день незадолго до еды, запивая водой. Полезно одновременно принимать настойку листьев грушанки по 30–40 капель также 3 раза в день.

АМЕНОРЕЯ (отсутствие менструаций). Залить 1 стаканом воды 4 чайные ложки семян аниса, закрыть крышкой и кипятить на малом огне 5–7 минут. После остывания процедить. Принимать по 2 столовые ложки 3 раза в день.

БЕЛИ. 1 чайную ложку семян настоять в 1 стакане кипятка 2 часа, процедить. Принимать по 2 столовые ложки 3–4 раза в день. Если ежедневно вечером спринцеваться отваром аниса, эффект будет достигнут быстро.

ИМПОТЕНЦИЯ. Один из способов использования аниса в этих целях — съедать ежедневно по 3 г семян или принимать по 3-4-5 капель эфирного масла из семян.

ЯЗВЫ В НОСУ. Их быстро излечивают вложенные в ноздрю размоченные в воде кусочки аниса.

* * *

Анис не рекомендуется при атонии толстого кишечника. Из противопоказаний известно, что анис может вызвать фото— и контактный дерматит.

Апельсин сладкий

В последнее время диетологи большое значение придают липотропным веществам растительного происхождения. Таким перспективным соединением оказался инозит. В растительных тканях содержится свободный инозит, соли инозитфосфорной кислоты — фитин. Инозит регулирует жировой обмен в организме, понижает уровень холестерина в крови, оказывая противосклеротическое, успокаивающее действие, уменьшает спазм сосудов, нормализует перистальтику кишечника, способствует выведению шлаков из организма. В инозите нуждается сердечная мышца и ткань мозга. Апельсины не только содержат полностью усваиваемый инозит, но и являются богатым источником этого вещества.

Апельсины богаты антиоксидантами, особенно их много в белой плёнке между кожурой и дольками плода (не выбрасывайте, съедайте!).

Апельсины эффективно используют в профилактике и лечении авитаминозов, гипертонии, атеросклероза, болезней печени, подагры, ожирения, но…

* * *

Апельсин противопоказан при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, при обострении других заболеваний кишечника.

Апельсиновый сок и сами плоды советуют употреблять через 20 минут после еды во избежание несварения желудка.

Апельсины и сок с осторожностью назначают тем, кто страдает аллергозами (особенно диатезным детям). Это может вызвать зуд, высыпания на коже, крапивницу, аллергический дерматит, кашель, затруднённое дыхание.

Апельсины (как и другие цитрусовые) могут спровоцировать приступы мигрени.

Апельсины необходимо исключить при герпесе, в том числе вагинальном — способствуют размножению вируса и обострению болезни.

Апельсины нежелательны при панкреатите, а гипертоникам нельзя их есть на ночь.

Аралия высокая

В лечебных целях используются ещё аралия маньчжурская, кустистая, сердцевидная, аралия Шмидта и некоторые другие виды. Фармакологически они мало чем отличаются друг от друга, разве что аралия Шмидта менее токсична по сравнению с аралией маньчжурской.

Водный настой и спиртовую настойку корней аралии назначают при астенических состояниях, депрессиях, гипотонии, при отдалённых последствиях черепно-мозговых травм с астеническими проявлениями, при шизофрении с астеноипохондрическим синдромом, неврастении, импотенции, психастении, физической и умственной усталости, постгриппозном арахноидите. Используют аралию в виде отвара корней и листьев при болезнях почек и желудочно-кишечного тракта, сахарном диабете, простудных заболеваниях, энурезе.

Готовые препараты и настойки имеются в аптеках.

* * *

Препараты аралии противопоказаны при эпилепсии, гиперкинезах, лихорадочных состояниях.

Нельзя применять их при нарушении сердечной деятельности.

Аралия обладает тонизирующим действием, поэтому исключается при бессоннице, повышенной возбудимости.

Нельзя пользоваться аралией при брадикардии — замедлении сердечных сокращений (менее 60 ударов в минуту).

Арахис подземный

Любимые в народе земляные орешки тоже находят лечебное применение. В сыром или слегка поджаренном виде они рекомендуются при гемофилии для остановки кровотечений.

Арахис полезен детям, страдающим экссудативным диатезом. Особенно эффективен он при геморрагических диатезах — заболеваниях крови, при которых наблюдаются резкое понижение её свёртываемости и множественными кровоизлияниями.

* * *

Арахис противопоказан при герпесе.

Не следует увлекаться арахисом при тромбозах, тромбофлебитах.

Арахис богат пуринами. Приходится проявлять осторожность при наличии песка в почках, мочевом пузыре и вообще тем, у кого высокая степень риска кристаллургии оксалата кальция в моче.

Очень опасны заплесневевшие орешки — их употребление может свести на нет лечение, вызвав ещё большее кровотечение.

Арбуз обыкновенный

Нет необходимости расхваливать его вкусовые качества, тем более лечебные — при сезонном лечении заболеваний почек, сердечно-сосудистой системы, мочекислого диатеза и даже диабета — с учётом назначенной нормы углеводов.

Арбуз быстро восстанавливает антитоксическую функцию печени, очень полезен тем, кто переболел желтухой.

Как можно чаще надо употреблять арбуз при склерозе, подагре, артритах, ревматизме, ожирении.

Арбузные корки активизируют работу микроорганизмов толстого кишечника, лечат дисбактериоз у детей и взрослых.

ВОСПАЛЕНИЕ ТОЛСТОГО КИШЕЧНИКА. Высушенные арбузные корки измельчить, 5 столовых ложек залить 2 стаканами кипятка, закрыть крышкой и настоять до охлаждения. Процедить. Принимать по 0,5 стакана 4 раза в день.

ГЕЛЬМИНТОЗ. Высушить в духовке арбузные семечки, измельчить с помощью мясорубки, смешать с молоком в соотношении 1:10. Принимать в течение дня. Лучше всего выпить сразу 2 стакана между приёмами пищи.

Другой рецепт: свежие арбузные семечки раздавить, но не молоть. 100 г (5 столовых ложек) залить 1 л холодной воды, довести до кипения, прокипятить на медленном огне 45 минут, чтоб едва держать на стадии кипения. Снять с огня, дать остыть. Принимать по 1 стакану 3 раза в день.

Можно и так: 1 столовую ложку семян залить 1 стаканом холодной кипячёной воды, настоять 8 часов (можно поставить настаиваться на ночь). Принимать по 50 мл 3 дня подряд, всякий раз готовя свежий настой. Говорят, действует сильней дынных семечек.

МИГРЕНЬ, ГОЛОВНАЯ БОЛЬ. Медленными глотками, не спеша, выпить 2 стакана арбузного сока. А ко лбу привязать толстую арбузную корку. Боль отступает и долго не возвращается.

ДИАТЕЗ МОЧЕКИСЛЫЙ. Взять 2 столовые ложки измельчённых корок на 0,5 л воды, кипятить на самом слабом огне 5 минут, настоять 2–3 часа, процедить, пить по 0,5 стакана 3 раза в день за полчаса до еды.

ИШЕМИЧЕСКАЯ БОЛЕЗНЬ СЕРДЦА. Выжать сок арбуза, добавить сок 2 яблок (примерно поровну). Принимать ежедневно в период осеннего сезона.

ГЕМОРРОЙ. Тампоны с соком ставить на узлы. Хорошо останавливает кровотечение.

* * *

Рецептов существует великое множество, только у меня их больше пятидесяти — от артрита, аденомы простаты, высокой температуры, желчно-каменной болезни, запора, изжоги, отёков, ангины, вегетососудистой дистонии, остеохондроза и т. д. Я привёл в пример лишь некоторые, необходимые для очищения организма от паразитов, поддержки сердца, регулирования обменных процессов в организме, лечения наиболее часто встречающихся болезней.

Вместе с этим нельзя забывать и об обратной стороне. Чаще всего мне приходилось сталкиваться с отравлениями. Существует одно весомое «но»: если в мякоти арбуза имеется хотя бы несколько жёлтых уплотнённых участков, напоминающих желваки, размерами от 0,3 до 2 сантиметров и более, такой арбуз ни в коем случае не должен попадать на стол. Арбуз имеет свойство накапливать в себе селитру, фосфор и другие химикаты. Перекормленный удобрениями и пестицидами для быстрого созревания и долгого хранения, он очень опасен. Даже у здорового человека такой арбуз вызовет тошноту, рвоту, сильные желудочные боли, понос. Ещё более опасен он для детей и почечных больных с хроническим нефрозом, нефритом, пиелонефритом — быстро наступает почечная колика, тяжёлая диспепсия с рвотой, резко ухудшается самочувствие, а у детей обезвоживается организм, появляются судороги.

Арбуз противопоказан при колитах и поносах.

Нельзя прельщаться арбузами больным с сердечно-сосудистыми заболеваниями с тенденцией задержки жидкости в организме.

Больным атеросклерозом не рекомендуется употреблять арбузное варенье и арбузный мёд.

Арбуз принято подавать на десерт. Здесь необходимо учесть, что переваривается он не в желудке, а в кишечнике, и если перемешается с другой пищей, требующей желудочного переваривания, быстро разлагается и начинает бродить, образуя много газов, что противопоказано больным при метеоризме.

Арника горная

У неё очень много показаний при самых различных заболеваниях, вплоть до онкологии. Используются цветки и корни.

Настойка из цветков обладает сильным кровоостанавливающим действием и особенно эффективна при послеродовых кровотечениях, связанных с эндокринными и воспалительными заболеваниями яичников, при осложнениях после аборта. Полезна такая настойка в восстановительном периоде после кровоизлияния в мозг.

Настойка из корней действует несколько иначе. Её назначают при сердечных ангиоспазмах, атеросклеротическом кардиосклерозе, миокардитах.

Арника находит применение при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, бронхите, подагре, хроническом ревматизме, гриппе, эпилепсии, сотрясении мозга. Арнику горную вполне могут заменить другие виды арники: арника Шамиссо и арника густооблиственная.

МАТОЧНЫЕ КРОВОТЕЧЕНИЯ. Кладут 1 столовую ложку цветков на 1 стакан кипятка, закрывают крышкой и настаивают 4 часа. Принимают по 50 мл 3–4 раза в день.

ХОЛЕЦИСТИТ. Стаканом кипятка залить 3 столовые ложки цветков, закрыть крышкой и поставить стакан в кипящую водяную баню. Парить 15 минут, настаивать 45 минут, процедить. Пить по 1 столовой ложке 3 раза в день после еды с молоком.

ЭПИЛЕПСИЯ, БОЛЕЗНИ СЕРДЦА. Мелко нарезать цветы, 1 столовую ложку залить 100 мл водки, настоять 3–4 недели, процедить. Принимать по 30–40 капель 3 раза в день на воде или в травяном настое (в настое синеголовника или борщевика, либо на других назначенных целителем травах — для большей эффективности).

МИГРЕНЬ, ОБИЛЬНЫЕ МЕНСТРУАЦИИ. 2 чайные ложки корней залить 2 стаканами воды, кипятить на малом огне 5–7 минут в открытой посуде, затем, закрыв крышкой, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 2 раза в день перед едой.

* * *

Арника входит в число ядовитых растений. При передозировке в лучшем случае прошибёт сильный пот и чувствительно проявится упадок сердечной деятельности. Хуже, если появятся ноющие боли в суставах и конечностях, судорожные подёргивания, озноб, одышка, тошнота, рвота, боль в животе. Возможен смертельный исход. Наружное применение (при ушибах, синяках, кровоподтёках, трофических язвах) тоже требует осторожности, так как может привести к острым кожным заболеваниям.

Внутреннее применение арники может вызвать запор.

Арония черноплодная — чёрная рябина

Ягоды чёрной рябины назначаются как лечебное средство при разных патологических нарушениях в свёртывающей системе крови, прежде всего при геморрагических диатезах, капилляротоксикозах, различных кровотечениях, атеросклерозе, сахарном диабете, лучевых поражениях, аллергических состояниях, гломерулонефритах, в комплексной терапии тиреотоксикоза, гипертонии.

Фармацевтическая промышленность, извлекая из ягод необходимые химические вещества, изготавливает из аронии таблетки и настойки. Промышленная обработка, на мой взгляд, лишает аронию целого ряда ценных свойств.

При перечисленных заболеваниях предпочтительно принимать свежий сок из ягод по 50 мл, в некоторых случаях по 100 мл сока за полчаса до еды. Или пользоваться настоем сушёных ягод из расчёта 1–2 столовые ложки на стакан кипятка.

* * *

Следует помнить, что плоды и сок аронии черноплодной противопоказаны при гастритах с высокой кислотностью, при язве желудка и двенадцатиперстной кишки.

Арония противопоказана при повышенной свёртываемости крови, тромбофлебите, варикозном расширении вен. Лечение аронией исключается при гипотонии.

При склонности к запорам подход индивидуальный.

Аронник пятнистый

Травники привозят аронник с Северного Кавказа, из Молдовы, Украины, Западной Грузии, Абхазии.

Свежие и высушенные клубни аронника используют в отварах и спиртовых настойках при заболеваниях печени, мочекаменной болезни, ревматизме, геморрое, а также хроническом бронхите, охриплости, кашле. Протёртые пополам с мёдом свежие клубни неплохо помогают при лишаях, импетиго — поверхностном бактериальном поражении кожи.

БРОНХИТ, ОХРИПЛОСТЬ. 1 столовую ложку измельчённых сухих корней залить с вечера холодной кипячёной водой, утром размешать ложечкой, процедить. Принимать по одной трети стакана 3 раза в день через полчаса после еды.

ЛИШАИ, ИМПЕТИГО. Свежие корни провернуть через мясорубку, смешать с равным количеством мёда, дать выстояться сутки. Тонким слоем смазывать поражённые участки кожи 2 раза в день. При небуллезном импетиго смазывать ещё несколько дней после того, как спадут желтовато-коричневые корочки. При буллезном импетиго смазываются волдыри, а там, где они лопнули, можно пройтись только по краям, не трогая обнажившуюся нежную кожицу.

* * *

Аронник пятнистый в свежем виде ядовит, но при высушивании его ядовитость исчезает.

Самолечение без врачебного контроля не рекомендуется. Его препараты противопоказаны при гастритах с низкой кислотностью, остром и хроническом панкреатите, сердечной недостаточности.

Даже наружное применение — растирания при ревматизме, радикулите, воспалении мышц спиртовой настойкой — усиливает тахикардию, одышку, могут быть спровоцированы приступы стенокардии.

Астрагал шерсистоцветковый

Настой травы этого вида астрагала эффективен при сердечно-сосудистой недостаточности, пороках сердца, дистрофии миокарда с нарушением коронарного кровообращения и приступами стенокардии. В отличие от многих сердечных средств, астрагал не понижает сердечную проводимость и не накапливается в организме. Астрагал шерстистоцветковый весьма полезен и при сосудистых заболеваниях почек, для лечения острого и хронического нефритов. Это растение содержит в себе уникальный комплекс селена и токоферолов — естественных антиоксидантов, сочетание ценнейших макро и микроэлементов, биологически активных веществ, необходимых больному человеку в борьбе с многими серьёзными заболеваниями.

ГИПЕРТОНИЯ, СТЕНОКАРДИЯ, ХРОНИЧЕСКАЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ С ЗАСТОЙНЫМИ ЯВЛЕНИЯМИ И ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ПОЧЕК. 100 г свежей травы астрагала шерстистоцветкового залить 1 л сухого белого вина, настоять 3 недели. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день до еды. Провести несколько курсов с двухнедельными перерывами. (Лечение способствует улучшению микроциркуляции, отмечается исчезновение мутности зрения, нормализуется капиллярный кровоток, исчезают боли в области затылка и головокружение.)

ГЛОМЕРУЛОНЕФРИТ. 1 столовую ложку сухой травы залить 1 стаканом кипятка. Закрыть крышкой и настоять 2–3 часа. Процедить. Пить по одной трети стакана во время еды.

Существует множество видов других астрагалов, тоже применяемых в народной медицине. Все они имеют свои показания и противопоказания. Астрагал болотный, например, полезен при асцитах, гастроэнтеритах, болезнях селезёнки, но противопоказан при беременности. Астрагалы датский, повислоцветковый, приподнимающийся, сладколистный противопоказаны при гипотонии, беременности.

Багульник болотный

Его часто и охотно используют в домашнем врачевании, особенно при простуде с сильным кашлем, начинающемся бронхите. Настой травы дают пить при бронхиальной астме, туберкулёзе лёгких, заболеваниях сердца, почек. Багульник эффективен при ревматизме. Наружно настой травы применяют при ушибах, ранах, опухолях, склерозе сосудов конечностей. Багульниковое масло втирают при облитерирующем эндартериите.

ЭКЗЕМА (в том числе грибковая). 2 столовые ложки травы залить 5 столовыми ложками подсолнечного масла, закрыть посуду и настоять 12 часов на горячей плите. Процедить. Втирать в поражённые места.

УГРЕВАЯ СЫПЬ, ФУРУНКУЛЁЗ. Применять это же багульниковое масло. Одновременно, особенно при мокнущей экземе, принимать внутрь настой: 1 полную столовую ложку с крутой горкой залить 1 л кипятка, настаивать в горячей духовке 8-10 часов. Принимать по 0,3–0,5 стакана настоя 4–5 раз после еды.

РЕВМАТИЗМ, ПОДАГРА. Принимать точно такой же настой в том же количестве.

* * *

Багульник ядовит. При сборе цветущего растения можно быстро заполучить головную боль. При внутреннем употреблении не рекомендуется однократная доза свыше 0,5 г в порошке или больше 1 столовой ложки травы в отваре дробными порциями в течение дня, иначе багульник может вызвать воспаление желудочно-кишечного тракта. При передозировке или длительном непрерывном лечении наблюдаются раздражительность, головокружение, общий дискомфорт. Багульник снижает давление. Противопоказан при беременности.

Бадан толстолистный

Корни бадана чаще всего применяются в гинекологической практике при обильных менструациях с воспалительными процессами придатков, при геморрагических метропатиях, фиброме матки, после родов, при кровотечениях в результате прерывания беременности; отварами спринцуются при эрозии шейки матки. Бадан оказывает вяжущее действие при колитах недизентерийного происхождения, крепким отваром смазывают десны при стоматитах, гингивитах. Из перезимовавших листьев, собранных весной, готовят тонизирующий чай.

Препараты из бадана нетоксичны, но из-за сильного вяжущего действия нельзя назначать их при заболеваниях кишечника со склонностью к запорам. Бадан способен понизить давление. Он противопоказан при геморрое, а также при угрозе инфаркта, инсульта, заболеваниях сердца, сопровождаемых тахикардией.

Базилик обыкновенный

У нас выращивается как огородная культура, употребляемая в пищу, в соленья. Используется базилик и как лекарство. Горячий настой из травы пьют при воспалении почек, мочевого пузыря, простуде, насморке. Настой считается полезным при кишечных и печёночных коликах, метеоризме, отсутствии аппетита, а также при неврозах, головной боли, эпилепсии, бронхиальной астме. Базилик считается эффективным средством, увеличивающим количество молока у кормящих женщин. В былые времена знахари отваром травы лечили от запоя.

ОТИТ. 2 столовые ложки травы залить 0,5 л кипятка, на слабом огне довести до кипения, но не кипятить, настоять 10 минут. Сделать компресс на больное ухо и держать 1–2 часа. Можно ежедневно, пока болит ухо.

КОНЪЮНКТИВИТ. 1 столовую ложку сухой травы залить стаканом кипятка. Настоять до остывания. Несколько раз в день промывать этим настоем глаза.

ЗУД КОЖИ. 2 столовые ложки высушенной травы залить 0,5 л кипятка, настоять 2 часа, процедить. Пить по половине стакана 2–3 раза в день до еды.

НЕРВНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, ПОВЕШЕННАЯ УТОМЛЯЕМОСТЬ. 1 столовую ложку травы заварить в стакане кипятка, настоять 15–20 минут. Пить как чай с сахаром или мёдом, но не более 2 раз в день.

ТОШНОТА. Такой же настой пить во время приступов тошноты или рвоты.

* * *

Базилик обыкновенный не всегда безобиден. Из-за наличия гиперкоагулирующего эффекта он противопоказан при ишемической болезни сердца, инфаркте миокарда, тромбофлебите, тромбозе. Нельзя им лечиться при гипертонии, сахарном диабете. По мнению Амирдовлата, базилик «вреден при горячей природе мозга», то есть при воспалительных заболеваниях головного мозга, арахноидите, постгриппозном энцефалите.

Почти такие же противопоказания имеет базилик мятнолистный, оказывающий раздражающее действие. Его завышенные дозы вызывают судороги.

Баклажан

Известен всюду, широко используется в лечебном питании. Очень полезен при атеросклерозе, так как значительно снижает уровень холестерина в крови и в стенках сосудов. Баклажаны обогащают сердце солями калия, выводят из организма излишки жидкости, помогая снимать отеки. Баклажаны полезны и при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, сопровождаемых запорами, и болезнях печени. Врачи рекомендуют баклажаны при полиартритах обменного характера, спондилезах, спондилоартритах и подагре, при почечно-каменной и желчно-каменной болезни, малокровии — баклажаны благодаря солям железа, меди, марганца, кобальта стимулируют кроветворение. На Востоке его считают «овощем долголетия».

* * *

Но нельзя не вспомнить и о том, что врачи древности относились к баклажану с насторожённостью. Авиценна считал, что «баклажаны порождают раковые опухоли», что «они вызывают почечуй», «порождают закупорки в печени и селезёнке, за исключением баклажанов, отваренных в уксусе». Недоверие к баклажану как к ядовитому овощу имелось и у древних греков, считавших, что тот, кто съест его, рискует утратить разум.

Думается, всему этому можно найти объяснение. Дело в том, что при лечебном назначении, также и в пищу, должны попадать плоды физиологически незрелые, с характерной фиолетовой окраской. Перезрелые баклажаны, имеющие желтоватую или коричневую кожицу, в самом деле, становятся опасными — в них резко возрастает содержание ядовитых веществ, прежде всего соланина — ядовитого алкалоида. При отравлении возникают тошнота, рвота, понос, сильные кишечные колики, судороги, одышка, цианоз. В качестве первой помощи надо дать пострадавшему молоко, яичный белок, слизистые супы.

Баклажаны не рекомендуются при значительно повышенной кислотности желудочного сока, при хроническом энтероколите.

Бальзамин лесной — недотрога обыкновенная

Издавна применяется в народной медицине Урала и Сибири, а также в Средней Азии и на Кавказе. Чаще всего назначают при камнях в почках и мочевом пузыре. Наружно — при лечении геморроя, язв и ран. В качестве комнатного растения культивируется на подоконниках, где цветет, чуть ли не круглый год.

* * *

Бальзамин ядовит. Дозировка очень мала: не больше 1 чайной ложки травы на стакан кипятка, настаивают всего 20 минут и пьют только 1–2 столовые ложки за день. Превышение дозы вызывает рвоту. Противопоказан при беременности.

Банан

Банан считается не только ценным продуктом диетического питания, но все больше начинает находить и лечебное применение. Кроме большого количества Сахаров (25 %) и крахмала, в нём содержатся яблочная кислота и ферменты, способствующие усвоению углеводов, клетчатка и пектиновые вещества, улучшающие пищеварение, минеральные вещества, особенно много солей калия, которые способствуют выведению из организма жидкости, витамины С, ВВ, РР, провитамин А.

Бананы поневоле становятся спутниками больных ишемией сердца, особенно с отёками, больных атеросклерозом и гипертонией. В мякоти бананов имеются такие очень важные физиологически активные вещества, как серотонин, нерпинефрин, катехоламин, допамин, их с успехом применяют при лечении язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, иных кишечных заболеваний. Клиническими наблюдениями установлено, что сок бананов оказывает положительное лечебное действие при кровоизлияниях в желудок и двенадцатиперстную кишку.

ЯЗВЕННАЯ БОЛЕЗНЬ ЖЕЛУДКА. Ежедневно съедать по 1 банану.

КАШЕЛЬ. Спелые бананы протереть через сито, положить в кастрюлю с горячей водой (2 банана на 1 чашку воды), снова подогреть и пить эту смесь.

ДЕПРЕССИЯ. Ежедневно съедать по 1 банану.

ГЕЛЬМИНТОЗ. Спелый неочищенный банан нарезать кусками, залить 1 л кипятка, настоять 3 часа. Пить по 1 стакану натощак перед едой (от аскаридов и анкилостомид). Кстати, эффективным противоглистным средством считают золу корней или всего растения. В Китае для изгнания свиного солитёра рекомендуют «ножки» плодов.

По мнению некоторых зарубежных учёных, банан входит в число десяти основных продуктов для лечебного питания при онкологических заболеваниях. С авторитетными специалистами не принято спорить, и всё-таки я не стал бы рекомендовать бананы при раке желудка, кишечника, брюшины, печени и ряда других внутренних органов. Банан медленно переваривается, переполняя кишечник газами, которые никак не хотят покидать организм. К тому же становится вязкой и плохо отходит желчь. Всё это может ухудшить состояние не только онкологического больного. Вредно есть банан натощак, тем более запивать водой. Противопоказан он диабетикам. Надо помнить и о том, что банан увеличивает вязкость крови, поэтому противопоказан при тромбофлебите, варикозном расширении вен, после инфаркта и инсульта. Бананы не рекомендуются при ожирении, высокой кислотности желудочного сока.

Баранец обыкновенный

Умельцы-травознаи нередко используют его в борьбе с алкоголизмом. Разумеется, с большой предосторожностью, так как растение очень ядовитое. Отвар травы вызывает общее тягостное состояние. Возникает сильная потливость, слабость, мучают обильное слюнотечение, повторяющаяся рвота. Баранец оказывает незамедлительное мочегонное и слабительное действие. Резко снижается артериальное давление, урежается дыхание, наступает фибрилляция мышц, аритмия, сердце пугающе подкатывает к горлу. Эти симптомы усиливаются от любой дозы алкоголя, от выкуренной сигареты. Пьющий человек готов возненавидеть вино и водку, лишь бы избавиться от паршивого самочувствия, когда так и кажется, что смерть дышит в затылок. Но те же умельцы знают, что нельзя назначать баранец при ишемическом заболевании сердца, атеросклерозе, эмфиземе, пневмосклерозе и целом ряде других хронических болезней. Ослабленным и пожилым людям баранец категорически противопоказан.

Зная о высокой токсичности растения, я решился таки дать рецепт, чтобы какие-нибудь отчаявшиеся люди, измученные алкоголиком в семье, не проявили самодеятельность и не наделали бы беды.

ХРОНИЧЕСКИЙ АЛКОГОЛИЗМ. Берутся 2 чайные ложки травы баранца на 1 стакан воды. Посуду поставить на огонь и кипятить при слабом кипении 10 минут. Как остынет — процедить; больному дают выпить 80-100 мл отвара, а через 3–5 (можно выдержать до 15 минут) дать выпить водку или вино, а через 10–15 минут (иногда через 1–3 часа) наступает рвота, которая повторяется много раз в течение 2–6 часов. В паузах между рвотой опять дают выпить водку. Отвращение к спиртному возникает не сразу — надо провести ещё 2–3 таких лечения, лишь тогда появляется отрицательная, рефлекторная реакция на запах и вкус спиртного, особенно если сопроводить лечение психотерапией, хотя бы из уст жены или близких родственников.

Но повторяю: помните о противопоказаниях!

Барбарис обыкновенный

Как ценное лекарственное растение барбарис был известен ещё со времён Древнего Вавилона. И поныне широкое применение находят его листья, цветки, плоды, кора, корни.

В народной и научной медицине многих стран препараты барбариса используют при заболеваниях почек и мочевого пузыря, селезёнки, печени, желчно-каменной болезни, при желудочной колике, диабете, ревматизме, подагре, радикулите, при внутренних кровотечениях, заболеваниях бронхов и лёгких, плеврите и туберкулёзе. Лечат барбарисом раковые опухоли. Учёные обнаружили, что содержащийся в нём берберин обладает противоопухолевой и противолейкозной активностью, только он пока не поддаётся синтезированию. На всех больных целебных кустов не напасёшься, потому и применяют его единицы народных целителей, познавшие противоопухолевые секреты барбариса.

У разных частей растения и назначение разное.

КРОВОТЕЧЕНИЯ. При атонических кровотечениях в послеродовом периоде и при субинволюции матки, кровотечениях, связанных с воспалительными процессами, в акушерско-гинекологической практике применяют настойку из листьев на водке из расчёта 1 часть листьев и 5 частей водки. Настаивать 2 недели. Принимают по 25–30 капель 3 раза в день в течение 2–3 недель. Повторный курс лечения через 5-10 дней перерыва (если нет противопоказаний).

ЗАБОЛЕВАНИЯ ПЕЧЕНИ И ЖЕЛЧНОГО ПУЗЫРЯ. Как противовоспалительное и желчегонное средство настой листьев барбариса: 2 столовые ложки сухих листьев настоять 1 час в стакане кипятка, лучше в термосе. Процедить и принимать по 1 столовой ложке 4–5 раз в день на протяжении 4–5 недель.

БОЛИ В ОБЛАСТИ СЕРДЦА, ГИПЕРТОНИЯ. Полную столовую ложку цветков залить 300 мл воды, довести до кипения и кипятить на слабом огне 10 минут, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 2 чайные ложки 2–3 раза в день.

ВОСПАЛЕНИЕ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ ГЛАЗ. Несколько раз в день промывать вышеуказанным водным отваром цветков больные глаза.

ЖЕЛЧНО-КАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ. 10 г коры и 15 г корней барбариса залить 300 мл холодной воды и варить в кипящей водяной бане 30 минут. После охлаждения процедить, долить кипячёной воды до первоначального объёма. Пить по 50 мл 3 раза в день.

ГЕПАТИТ, ХОЛЕЦИСТИТ, ВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ ПОЧЕК, МОЧЕВОГО ПУЗЫРЯ. 25 г коры барбариса настоять в 400 мл кипятка 4 часа в термосе. Процедить и пить по 100 мл 4 раза в день в течение 4–6 недель.

ПЛЕВРИТ, ТУБЕРКУЛЁЗ, А ТАКЖЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ ЖЕЛУДКА, РЕВМАТИЗМ. 1 полную чайную ложку измельчённых сухих корней барбариса залить 2 стаканами кипятка, дать ещё покипеть 5 минут, после остывания процедить. Принимать по 0,5 стакана 3 раза в день.

ПЕРЕЛОМ КОСТЕЙ, РАСТЯЖЕНИЯ, ВЫВИХИ. Отвар из ветвей, коры, корней — из расчёта 1 столовая ложка на стакан воды, варить 5 минут, делать примочки, компрессы; внутрь — 2 столовые ложки отвара на полстакана молока, принимать 3–4 раза в день.

ОПУХОЛИ, МЕТАСТАЗИРОВАНИЕ. Для профилактики и лечения половину чайной ложки коры и корней залить 1 стаканом кипятка, поставить в кипящую водяную баню на 15 минут. После охлаждения процедить. Принимать по 2 столовые ложки 3 раза в день до еды.

Барбарис обычно выращивают на своих участках почти все садоводы, а рецепты не везде достанешь, поэтому я решил дать их здесь побольше, сделав упор на основные противопоказания.

* * *

В первом рецепте, например, в акушерско-гинекологической практике барбарис противопоказан при кровотечениях, связанных с дисфункцией яичников и задержкой в матке частей детского места после родов.

Лекарства из коры и корней, повышающие свёртываемость крови и обладающие сосудосуживающим действием, противопоказаны при спазмах сосудов головного мозга, сердечно-сосудистых заболеваниях, тромбофлебите.

Имеются противопоказания при климактерических кровотечениях, а настойка из листьев противопоказана при беременности.

Барбарис, особенно отвар корней, снижает давление и не используется при гипотонии.

Барвинок

Все виды барвинков — большой, малый, розовый, травянистый — сильно ядовиты. Их сердечный яд действует наподобие кураре, поэтому требуется строгое соблюдение назначаемых дозировок.

Издавна барвинком пытались лечить рак. На успешное применение барвинка против злокачественных опухолей указывал Амирдовлат Амасиаци. В дальнейшем это нашло научное подтверждение. Из цветков барвинка розового выделили алкалоиды, на основе которых были созданы препараты винкристин и винбластин, применяемые в химиотерапии.

В народной медицине чаще применяется барвинок малый в качестве кровоочистительного, вяжущего, укрепляющего организм средства, как противовоспалительного при энтеритах (воспалении тонких кишок), при колитах (воспалении толстых кишок), наружно — при заболеваниях дёсен и слизистой оболочки рта, при кровотечениях, кожном зуде. Иногда настой травы пьют при снижении слуха.

Барвинок малый более популярен и имеет широкое распространение не только на Украине, в Крыму, на Кавказе, но и в Прибалтике, Беларуси. Разводится как декоративный полукустарник в южной и западной частях России (кстати, он был любимым цветком Жана-Жака Руссо), издавна считался ценным лекарственным растением. Из широкого спектра я выбрал лишь несколько рецептов.

ЛИМФОГРАНУЛЕМАТОЗ. 1 чайную ложку сушёных листьев залить 1 стаканом кипятка, на слабом огне кипятить 15 минут, настоять 1 час, процедить. Пить по 50 мл 3 раза в день.

ИШЕМИЧЕСКАЯ БОЛЕЗНЬ СЕРДЦА, ГИПЕРТОНИЯ, АТЕРОСКЛЕРОЗ СОСУДОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА. Положить в 1 л воды 2 столовые ложки травы, довести до кипения и на малом огне кипятить 25 минут, настоять 1 час, процедить. Пить по 1/3 стакана 4 раза в день вне зависимости от еды. Курс лечения от 2–3 недель до 2–6 месяцев. Улучшается память. Этот отвар полезен детям; старшим — половина, с 5 до 8 лет — четверть дозировки.

ДЕРМАТИТ, МОКНУЩАЯ ЭКЗЕМА, ЗУД, ЯЗВЫ. 1 столовую ложку листьев на 1 стакан воды, нагреть на водяной бане 15 минут, ещё настоять 15 минут, процедить. Использовать для обмываний, примочек, компрессов.

КРОВОТЕЧЕНИЯ (лёгочные, из ушей, носа). Точно такой же настой пить по одной трети стакана 3 раза в день.

* * *

Препараты из барвинка противопоказаны при гипертонии, вегетодистонии. Ни в коем случае нельзя принимать их при брадикардии. В практике лечения женских заболеваний необходимо помнить, что экстракт травы вызывает спазм миометрия.

Бедренец камнеломковый

Настойки и отвары корней бедренца применяются в народе при воспалительных заболеваниях горла и дыхательных путей, гастритах, скоплении газов и нарушении пищеварения, заболеваниях почек и мочевыводящих путей, мочекаменной болезни, коклюше, запоре, отёках застойного характера, как средство, успокаивающее нервную систему. Некоторые целители назначают бедренец при раке матки.

Меня удивляет способность настойки бедренца мгновенно усмирять болезненный, раздражающий, царапающий горло мучительный кашель. Я много написал о нём в книге «Одолень-трава».

Растение безобидное, пока серьёзных противопоказаний к нему не установлено, но это вовсе не означает, что их нет.

* * *

Бедренец, по моим наблюдениям, не следует назначать при гипертонических кризах, при бронхитах с густой, не отхаркивающейся мокротой. Злоупотребление большими дозами может вызвать головную боль.

Безвременник осенний

В народной медицине спиртовую настойку семян назначают по 3 капли 2–3 раза в день при деформирующем полиартрите. Такая осторожность обусловлена сильной ядовитостью растения. Луковицы, цветки и семена безвременника содержат в себе алкалоиды, обладающие противораковым действием.

Препаратами безвременника лечат эндофитную и экзофитную формы рака кожи 1-2-й стадий, но при 3— 4-й стадиях они противопоказаны. Безвременник находит применение при неоперабельном раке пищевода и кардиального отдела желудка, но заниматься самолечением очень опасно, так как очень мал диапазон между лечебными и токсическими дозами его препаратов.

При поносах и мочеизнурении безвременник противопоказан.

Белладонна — красавка

Трава и корни растения широко используются как в народной, так и научной медицине при многих заболеваниях в качестве спазмолитического и болеутоляющего средства. Препараты красавки приносят облегчение при язвенной болезни желудка и спастических состояниях желудочно-кишечного тракта, гастритах с повышенной кислотностью. Их назначают при бронхиальной астме, при камнях в почках и в жёлчном пузыре, при вегетативной дистонии и вазоневрозе, при лечении паркинсонизма.

БОЛЕЗНЬ ПАРКИНСОНА. Болгарский целитель Иван Раев предлагает такой рецепт лечения болезни: смешать 30 г измельчённых сухих корней белладонны с кофейной чашкой активированного угля, залить 3 стаканами сухого белого вина и варить на небольшом огне 10 минут, затем процедить. Принимать по 1 чайной ложке 3 раза в день до еды 3 дня подряд. Через 3 часа после отвара съесть на кончике ножа размолотый мускатный орех и жевать корень аира.

БРОНХИАЛЬНАЯ АСТМА. Принимать на кончике ножа порошок белладонны 2–3 раза в день.

* * *

Белладонна противопоказана при органических изменениях сердечно-сосудистой системы, но в то же время она помогает справиться с брадикардией — замедленной сердечной деятельностью. Понятно, что нельзя ею пользоваться при тахикардии и аритмии. Белладонной лечат некоторые глазные болезни, однако при глаукоме она категорически противопоказана.

Растение сильно ядовитое. Смерть может наступить даже от нескольких съеденных ягод: появляется двигательное возбуждение, бред, судороги. Но вот ведь какой парадокс: при отравлении морфином и ядовитыми грибами белладонну используют как противоядие.

Препараты белладонны противопоказаны при беременности.

Белена чёрная

У белены используют траву, собранную в фазе цветения, семена и корни. Её препараты большей частью находят наружное применение. Спиртовую настойку соединяют с растительным маслом и натираются при ревматизме, подагре. Примочки из настоя листьев прикладывают на фурункулы, карбункулы при первых признаках их появления. Из семян варят на жировой основе мазь, применяя её наружно при туберкулёзе костей. Припарки из белены полезны при болях в животе. Экстракт из кожицы, снятой со стебля, исцеляет болезнизубов.

О сильной ядовитости белены наслышаны многие. Авиценна писал: «Белена — яд, который причиняет умопомешательство, лишает памяти и вызывает удушье и бесноватость». Дурную славу этого растения использовал Шекспир в трагедии «Гамлет», где короля убивают настоем из белены. Однако отравление беленой редко приводит к смерти, ведь никто не станет употреблять её в чудовищных количествах. Следует учесть, что семена более ядовиты, чем листья.

ПОДАГРА, РЕВМАТИЗМ, НЕВРАЛГИЧЕСКИЕ БОЛИ. 3 чайные ложки истолчённых сухих семян белены залить 10 чайными ложками подсолнечного масла, настоять 10 дней. Белённое масло используется для растираний больных мест на ограниченных участках тела.

СИЛЬНЫЕ ВНУТРЕННИЕ БОЛИ, ЗУБНАЯ БОЛЬ. Четверть пол-литровой стеклянной банки сушёных листьев залить доверху 0,5 л водки и настоять в тёмном месте, процедить. Принимать по 2 капли на столовой ложке воды (иногда по 5 капель) при сильных внутренних болях. При зубной боли намочить ватку и положить на несколько минут на больной зуб. Делать несколько раз с перерывами, пока боль не утихнет.

* * *

Препараты белены должен назначать только опытный фитотерапевт. Белена повышает внутриглазное давление, поэтому противопоказана при глаукоме. Запрещается она для приёма внутрь при заболеваниях сердца, сопровождаемых тахикардией, аритмией, экстрасистолией. Белена противопоказана при беременности.

Белозор болотный

Белозор ядовит. И почти забыт, хотя в прошлые времена был весьма популярен в народной медицине. Настой травы и корней использовали при сильном сердцебиении, неврозах сердца, судорогах, эпилепсии, бессоннице, головной боли. Положительные результаты отмечались при лечении белозором воспаления лёгких и туберкулёза, воспаления почек, воспаления тонкой кишки. Не следовало бы забывать о том, что настой белозора обладает мощным желчегонным действием, активно подавляет микробную флору в желчевыводящих путях и эффективен при воспалении желчного пузыря. Назначают белозор и при раке желудка.

РАК ЖЕЛУДКА. Смешать поровну траву и корни. 2 чайные ложки смеси залить стаканом кипятка, закрыть крышкой и настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 3–4 раза в день до еды. Начать приём с 1 столовой ложки. Если настой переносится нормально, то дозировку увеличить до 2 столовых ложек.

СИЛЬНОЕ СЕРДЦЕБИЕНИЕ, ГОЛОВНАЯ БОЛЬ, КРОВОТЕЧЕНИЯ. 4 столовые ложки травы настоять на 0,5 л водки 2 недели, ежедневно встряхивая. Процедить. Принимать по 20–30 капель 2 раза в день на воде.

* * *

Противопоказан белозор при гипотонии, брадикардии, повышенной свёртываемости крови. Нельзя пользоваться им при беременности.

Белокудренник чёрный

Знатоки успешно используют это малоприметное сорное растение при ипохондрии, депрессивных состояниях, бессоннице, вызванной нервным перенапряжением, а также при желудочных коликах, болезненных менструациях, при отёках. От ломоты в суставах и мышцах назначают ванны и припарки из травы.

ГИПЕРТОНИЯ. 2 чайные ложки сухой измельчённой травы на 1 стакан кипятка, настоять полчаса. Принимать по 34 стакана 2–4 раза в день.

ИШИАС, БОЛИ В СУСТАВАХ. 2–3 столовые ложки травы обварить кипятком, завернуть в марлю. Подушечки применять наружно для припарок.

* * *

Белокудренник чёрный противопоказан при гипотонии, беременности.

Берёза

Она отдаёт людям всю себя без остатка. Нет нужды говорить о всех её достоинствах при заболеваниях любого рода, будь то простуда или грозный рак. В лечебных целях используются почки, листья, цветочные серёжки, берёзовый сок, берёзовый гриб, кора и даже береста. Знай только меру и прояви умение.

ПАРАМЕТРИТ (воспаление брюшного покрова матки). Высушить красную кору, которая находится под берестой. 1 столовую ложку залить 1,5 стаканами кипятка, поставить на водяную баню и парить 30 минут. Настоять 10 минут, процедить. Принимать по половине стакана 2 раза в день через 30–40 минут после еды.

ТУБЕРКУЛЁЗ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ. При поражении нервной системы туберкулёзом (туберкулёзный менингит, удаление туберкула головного мозга и т. д.). Смешать по одному стакану берёзовых почек, мёда и спирта. Настоять 9 дней. Пить по 1 столовой ложке 3 раза в день.

ДИАБЕТ САХАРНЫЙ. 2–3 столовые ложки берёзовых почек залить 2 стаканами кипятка, настоять 6 часов. Выпить в течение суток. Курс 1–2 недели, пока не снизится показатель сахара в крови.

ПАНКРЕАТИТ. Одну соседку увезли в больницу с приступом острого панкреатита.

Её родственники сразу ко мне: помоги! Я дал что было под рукой — настойку почек берёзы и велел принимать по чайной ложке 3–4 раза в день. Уже на другой день больную перевели из реанимации в общую палату, а через три дня она вернулась домой. (Почки, обычно свежие, я настаиваю так: половину банки доверху заливаю водкой, плотно закрываю и настаиваю 2–3 месяца.)

ВАРИКОЗ. Указанной настойкой мазать вены подушечками пальцев, досуха, и 10–15 минут отдохнуть. И снова смазать, дать впитаться и высохнуть.

ОТЕКИ ВЕК. Столовую ложку свежих листьев залить стаканом холодной кипячёной воды, настоять 8 часов. Делать примочки. Хорошо помогает.

* * *

Помнить надо, что отвар или спиртовая настойка почек не рекомендуются при функциональной недостаточности почек из-за возможного раздражения паренхимы. То же самое относится к настою листьев.

Умелого применения требуют также чёрный берёзовый гриб — чага. Во время лечения им нежелательно принимать витамины А и В, копчёности, острые блюда и приправы, сладкое — мёд, сахар, виноград, кондитерские изделия. Одновременно с чагой нельзя назначать внутривенно глюкозу и инъекции пенициллина.

Препараты чаги противопоказаны больным хроническим колитом и больным дизентерией. От чаги иногда возникает задержка жидкости в организме. При длительном употреблении чаги у некоторых больных наблюдается повышенная возбудимость или, напротив, угнетение центральной нервной системы.

Бересклет европейский

В одном ряду с бересклетом европейским идёт и бересклет бородавчатый — между ними почти нет разницы. Отвар коры пьют при сердечно-сосудистых заболеваниях, отвар листьев — при асците, спиртовую настойку древесины — при гипертонии, отвар корней — при неврозах и головной боли. Настойка плодов, принимаемая каплями, полезна при импотенции, так как стимулирует половую деятельность.

* * *

Все части растения ядовиты. Отвары коры и плодов противопоказаны при диарее, колитах и энтероколитах. Не назначают бересклет при гипотонии, тошноте. Его препараты противопоказаны при беременности. Передозировка может вызвать понос и рвоту. Плоды в большом количестве вызывают энтерит и геморроидальное кровотечение.

Бессмертник песчаный

Его препараты малотоксичны и очень популярны в народе, особенно при заболеваниях печени: желтухе, циррозе, холецистите, камнях в жёлчном пузыре. Бессмертник рекомендуют при лечении атеросклероза, нарушении жирового обмена, ожирении, сахарном диабете, ишемической болезни сердца. Рецепты однотипные, указываются на упаковке.

* * *

Нельзя забывать о том, что бессмертник обладает кумулятивными свойствами, то есть накапливается в организме, поэтому длительное время применять его запрещено — это может вызвать застойные явления в печени. Бессмертник повышает давление. В случае крайней необходимости курс лечения проводят не более десяти дней.

Противопоказания имеются и при высокой кислотности желудочного сока, гиперацидных гастритах.

Бешеный огурец

В последние годы бешеный огурец привлекает внимание травников противоопухолевой активностью, особенно при злокачественных новообразованиях матки. Неплохо проявляет он себя и при трофических язвах, абсцессах, грибковом поражении кожи. Настой и сок плодов принимают внутрь при желтухе, водянке, воспалительных заболеваниях почек, кишечных коликах. Свежий сок, разбавляя водой в определённой пропорции, закапывают в нос при воспалении придаточных пазух. Вдумаешься в эти и многие другие полезные качества этого растения и поневоле удивляешься: откуда у него такое пугающее название? Оказывается, объяснение очень простое: плод, похожий на маленький толстый огурец, весь утыканный щетиной колючек, при созревании взрывается, как граната, с бешеной силой разбрасывая вокруг себя семена. Иногда я находил их на расстоянии двух-трёх метров от основного стебля.

* * *

Растение ядовитое, требует осторожного с ним обращения. Бешеный огурец противопоказан при панкреатите, заболеваниях желудка и кишечника со склонностью к жидкому стулу, при беременности, а также людям со слабым сердцем. Сок и настой травы использовать только по рекомендациям фитотерапевтов.

Бирючина обыкновенная

Некоторые целители применяют отвар коры и листьев этого декоративного кустарника при женских заболеваниях — воспалении придатков матки, метроррагии — то есть сильном маточном кровотечении. В народной медицине настой коры на виноградном красном вине назначают при хронических бронхитах и пневмонии. Отвар листьев пьют при ангине, гранулезном фарингите, а также сердечно-сосудистых заболеваниях, гипертонии.

ПНЕВМОНИЯ, ХРОНИЧЕСКИЙ БРОНХИТ. 3 столовые ложки высушенной измельчённой коры бирючины настоять 9 дней в 0,7 л красного виноградного вина, процедить. Принимать по 20–30 мл (неполная маленькая рюмка) до еды 3 раза в день.

МЕТРОРРАГИЯ (сильное маточное кровотечение). 2 чайные ложки сухих листьев и цветков залить половиной стакана кипятка, настоять 1–2 часа, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день вне зависимости от еды. Этим же настоем можно полоскать рот при воспалительных процессах.

* * *

Если кто-нибудь надумает лечиться этим растением, то следует учесть, что отвар коры и листьев нельзя принимать при запорах, а отвар плодов — при склонности к поносам. Спиртовые настойки и отвары противопоказаны при гипотонии, повышенной свёртываемости крови, тромбозах и варикозах. Растение ядовитое, особенно листья и плоды.

Бобы обыкновенные (конские)

Никакие овощи не сравнятся по питательности с бобами, их белок хорошо усваивается. В бобах содержатся незаменимые аминокислоты, которые в организме человека не синтезируются.

С лечебной целью используются семена и створки, иногда цветки. Настой или отвар створок бобов полезен при сахарном диабете. Муку из бобов, либо протёртые и варёные бобы едят при упорном кашле, при заболеваниях печени, почек и кишечника. Сваренные в молоке бобы, растерев, прикладывают для созревания нарывов, фурункулов.

* * *

Нельзя есть сырые или плохо проваренные бобы, так как при отравлении ими разрушаются эритроциты в крови — от этого моча становится бурой, появляется желтушность склер, болит голова, тошнота сопровождается рвотой. При варке токсические вещества сырых бобов разрушаются.

Бобы противопоказаны при желудочно-кишечных заболеваниях, сопровождаемых запорами, при метеоризме. Необходимо отказаться от них при подагре, гепатите.

Бодяк разнолистный

Как и многие сорняки, бодяк обладает массой полезных лечебных свойств. Настой и отвар травы бодяка разнолистного в народной медицине применяют при различных нервных заболеваниях, эпилепсии, болезнях печени, зобе, желудочных коликах, при гастрите, язве желудка и двенадцатиперстной кишки. Примочки из настоя травы используют как заживляющее средство при ранах.

ЭПИЛЕПСИЯ. 1 столовую ложку травы залить 1 стаканом воды, кипятить 5 минут, настаивать 1 час, процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 3–4 раза в день за полчаса до еды. Этот же настой полезен при нервных заболеваниях и зобе, болезнях печени, анурии (недостаточном образовании мочи почками).

РАНЫ, ФУРУНКУЛЫ, КОЖНАЯ СЫПЬ. 3 столовые ложки травы залить 2 стаканами кипятка, настоять 2 часа, процедить. Использовать в виде примочек, пользоваться можно длительно. Внутрь можно принимать по 2 столовые ложки 2–3 раза в день при КРОВОТЕЧЕНИЯХ. Этим же настоем можно делать примочки на глаза при КОНЪЮНКТИВИТЕ.

* * *

Бодяк разнолистный не следует назначать при миопатии, энцефалопатии. В ряде случаев у больных наблюдалось повышение артериального давления.

Бодяк съедобный

Кстати, почти все виды бодяков съедобны. У бодяка разнолистного едят молодые побеги и листья. Весенние побеги бодяка овощного используют для приготовления супов, пюре, салатов. Отвар травы бодяка овощного, между прочим, применяется при раке желудка и лёгких. У бодяка съедобного в пищу идут корни. Они же в виде отваров назначаются дня лечения бронхоэктазии, абсцесса лёгких, пневмонии, при кровохарканье. Настой травы и цветков пьют при туберкулёзе лёгких, неврастении, неврозах, гипергидрозе, гастроэнтеритах, заболевания желчных путей. Отвар семян помогает при воспалении придатков матки и других женских заболеваниях.

ТУБЕРКУЛЁЗ, БРОНХОЭКТАЗИЯ, ПНЕВМОНИЯ, АБСЦЕССЫ ЛЁГКИХ, РАК ЛЁГКИХ (вспомогательное). 2 столовые ложки измельчённых корней залить 300 мл чистой воды (не из водопровода), довести до кипения и варить на слабом огне 5–6 минут, настоять 1 час, процедить. Принимать по половине стакана 3–4 раза в день до еды.

ВОСПАЛЕНИЕ ПРИДАТКОВ МАТКИ. 1 чайную ложку семян бодяка съедобного залить стаканом воды, довести до кипения и кипятить на слабом огне 5 минут. Настоять 2 часа. Процедить. Принимать по половине стакана 3 раза в день.

* * *

Противопоказаниями к применению бодяка съедобного при длительном лечении могут послужить гипертония, варикозы, склонность к тромбообразованию.

Болиголов крапчатый

Растение очень ядовитое. Древние греки давали приговорённым к смертной казни выпить сок болиголова. Амирдовлат Амасиаци писал о нём: «Это растение нельзя ни есть, ни пить его сок, ибо он лишает человека разума и убивает его. А чтобы уменьшить его вредное действие, надо выпить сок полыни…» Тем не менее в народной медицине препараты из травы, цветков, семян и корней применяют при самых различных заболеваниях: болях в желудке, задержке мочи, ночных поллюциях, задержке менструаций, упорном болезненном кашле, нервных заболеваниях, мигрени, хорее, эпилепсии, аденоме простаты.

В последние годы болиголов становится всё более популярным при лечении онкологических заболеваний. Это своего рода народная химиотерапия, не имеющая при правильном назначении того разрушительного действия, какое оказывает на организм существующая официальная химиотерапия синтетическими цитостатиками. В болиголове наиболее токсичны семена. Это следует учитывать при приготовлении лекарства.

Дозировку должен назначать только опытный фитотерапевт, так как это зависит от использования разных частей растения — травы, цветков, семян, корней, в свежем или сушёном виде, а также от степени концентрации. Произвольное, непродуманное использование отваров и настоек болиголова может нанести организму непоправимый вред.

Болиголов я использую при многих видах онкологических заболеваний (в 30 %, примерно, он не действует — хоть выбрасывай, и я заменяю его настойками борца, мухомора и др.). При индивидуальном подходе применяю разные схемы: классическую — от одной капли до сорока и обратно; двукратную — утром и вечером с одной до двадцати капель, и так принимать длительно. Есть схема, когда больной принимает по нарастающей до 20 капель четыре раза в день. Всё зависит от характера болезни и переносимости препарата. (Сам я без всякого вреда для организма принимал в сутки до 180 капель на протяжении шести месяцев без перерыва. Проверка установила улучшение состава крови, состояния почек, печени, простаты и других органов. Года три всякие ОРЗ и грипп обходили меня стороной.)

Пользуюсь я только той настойкой, которую готовлю сам, и потому уверен в её качестве. Настаиваю я только свежие цветки с верхушечными листьями, сразу бросаю их в водку — так лучше сохраняются летучие фракции растения. Треть банки рыхло — болиголов, доверху заливаю водкой. Процеживать не спешу, иногда стоит мой болиголов больше месяца.

Только в одиночку болиголов вряд ли справится со злокачественной опухолью. С таким случаем я не сталкивался. Возможно потому, что приходилось иметь дело с людьми на последней стадии болезни, когда медицина оказывалась полностью бессильной. Больному на прощанье давали справку «выписывается на симптоматическое лечение по месту жительства», врачи сами называли её «справкой на тот свет». И всё-таки в целом ряде случаев мне удавалось спасти их.

В августе 1995 года из онкодиспансера позвонил мне очень хороший опытный онколог с печальной вестью: через две-три недели мы можем потерять нашего общего знакомого, известного художника. Не стану называть его фамилии, назову по отчеству Данилычем. В его диагнозе: рак почки с метастазами в лёгкое и горло, цирроз печени, и все это на фоне сахарного диабета. Я помчался в больницу, прихватив с собой траву княжика сибирского, чистеца лесного, настойку ряски, леспедезы и противоопухолевый бальзам, составленный с учётом его болезни.

В это время заканчивали назначенную ему лучевую терапию, но шея больного была раздута, разговаривал он едва слышным голосом.

Через две недели шея опала, появился голос. Его выписали домой. Жена взяла в свои руки лечение травами. Составили первый курс. Сразу после пробуждения по капельной схеме болиголов. Немного погодя — чайная ложка настойки ряски (она необходима при раке горла, лёгких). Затем перед едой — настой травы княжика — 1 чайная ложка травы на стакан кипятка, настоять 2–3 часа, пить по 1/3 стакана. В каждую принимаемую порцию вливать 1 чайную ложку противоопухолевого, противометастатического бальзама. Через 30–40 минут после еды — настой травы хвоща с настойкой листьев лавра. Через полтора-два часа после еды — настой травы подмаренника настоящего с соком дурнишника. (1 столовую ложку хвоща настаивать в стакане кипятка 2 часа, так же поступить с подмаренником.) Настоем травы чистеца лесного (1 столовая ложка на стакан, настоять 2–3 часа) делать примочки на шею. В течение дня больной пил по глотку 5–6 раз отвар корней копытня. Затем составили второй курс, куда вместо княжика вошли трава репешка, вместо хвоща — трава будры, вместо лавра — настойка корней девясила (для лёгких, против диабета). Вместо копытня — сделал ему девясиловое вино…

Все девять курсов в подробностях описать трудно, потому что некоторые травы и настойки менялись, как говорится, на ходу, иногда через одну или пару недель. Неизменными оставались только болиголов и специально составляемый противоопухолевый бальзам.

В мае Данилыч прошёл полную, тщательнейшую проверку в онкодиспансере, и заведующий отделением только одно слово произнёс: «Фантастика». Ни одной раковой клетки у Данилыча не обнаружили.

Борец высокий

Из множества видов аконитов — их чаще называют борцами — у нас в Башкортостане произрастают только два вида: борец высокий и борец дубравный. В народной медицине борец дубравный использовался как противомалярийное средство. Обладает антиаритмическими и гипертензивными свойствами. Латинского названия борца высокого я не нашёл (скорее всего, это аконит северный). Во всяком случае, один из самых ядовитых аконитов.

В книге «Одолень-трава» я подробно рассказал о нём, привёл точную дозировку приготовления лекарств из него и способы применения. Коротко коснусь и здесь. Для внутреннего употребления настаиваю 3 столовые ложки высушенных верхушек с цветами и верхними листьями в 0,5 л водки и назначаю каплями, начиная с одной и ежедневно прибавляя по капле — до 20 или 40, в некоторых случаях вводя индивидуальные коррективы. Для наружного применения настаиваю 7 г корней в 0,5 л водки от 3 до 9 дней — важно получить цвет тёмный, но прозрачный, напоминающий густую чайную заварку. Настойка корней используется на примочки к области опухоли, не более чем на полчаса, иногда меньше или больше — от индивидуальной переносимости. При метастазах в кость — на суставы, ребра, кисти рук, то есть на поражённые места. Избегать попадания на открытые раны, слизистую, особенно глаза — можно ослепнуть.

Напоминаю: борец очень ядовит, но как это не парадоксально, таящий в себе смерть, он способен спасти от смертельного недуга.

Применять одновременно борец и болиголов (или другие растительные цитостатики) нежелательно.

Борец высокий, как я заметил, чаще всего даёт эффект при некоторых видах опухолей внутренних органов — раке желудка, кишечника, прямой кишки, матки. Например, у одной женщины из Костромы был плоскоклетчатый неороговевающий рак желудка 3-й стадии, высокодифференцированный. Кроме капель борца высокого, она принимала желудочный противоопухолевый бальзам в настое травы буквицы, после еды через полчаса настой вероники лекарственной, часа через два после еды настой травы чистотела (1 чайная ложка на стакан, настоять 2 часа, принимать по 50 мл 3 раза в день), капая в настой сок чистотела по 15–20 капель. Было проведено 6 курсов лечения с применением соснового мёда с цветками сосны, зверобойного масла, настоев цветков калины, будры, медуницы, клевера, донника жёлтого (при упадке лейкоцитов), настоек дурнишника, календулы, зверобоя и пр. Это было в 1988 году. Женщина здорова, рецидивов не наблюдалось, но время от времени, хотя бы пару месяцев в год, она каплями принимает настойку борца — очень уж он ей нравится.

* * *

Опять повторю: все виды борцов ядовиты. При наружных примочках надо внимательно следить за работой сердца: чуть начнёт усиливаться сердцебиение, так сразу снимайте примочку и обратите внимание на время — стало быть, это ваш предел, даже если миновало не больше десяти минут.

При пользовании борцом первые признаки отравления — онемение языка, чувство жжения в груди или животе, тошнота, рвота. Сразу откажитесь от этого средства — оно не ваше. А необходимое подберёт вам опытный травник.

Самолечение любыми видами борцов строжайше запрещается.

Борец синий

В древнем тибетском трактате «Чжуд-ши» часто упоминается борец синий. Трудно понять, к какому виду аконита он относится. Во всяком случае, в определителе он мне не встречался. Внешне похож на борец дубравный — листьями и формой цветков, только цветы не жёлтые, а синие, причём такой чистой синевы, что одно загляденье. Этот тибетский вид борца привезла в тридцатых годах прошлого столетия знаменитая иркутская травница Елена Васильевна Лохэ, вышедшая замуж за китайца, учителя географии и ботаники. Он-то и привёз в Россию редкостный вид борца (незадолго до войны был репрессирован и погиб). Елена Лохэ, в числе других трав, выращивала и лелеяла синий борец, благодаря ему ставила на ноги многих больных, в их числе и Валерия Малышева — восходящую звезду советского вокала. После тяжелейшей болезни он оставил сцену и увлёкся траволечением, получил в подарок от Лохэ несколько саженцев синего борца.

В начале восьмидесятых после двух инфарктов я заполучил такую стенокардию, что не помогали ни таблетки, ни травы. В одном из разговоров я пожаловался Малышеву на свой недуг, он отругал меня, а через неделю я получил из Ленинграда посылочку с бутылкой настойки синего борца и пакетом травяного сбора. Начал принимать как указано, пил травяной настой с каплями борца почти восемь месяцев. Сначала особых перемен не чувствовал, а вскоре — по сегодняшний день — забыл, что представляет из себя стенокардия.

Малышев прислал посылкой свежие корни синего борца, это было в начале октября, и я тут же высадил их у себя в саду. Больших запасов нет, однако десятка два людей смогли получить настойку этой чудесной травы и поправили своё здоровье.

Рецепт: 1 стакан сушёной травы с цветками борца синего настаивать в 3 л водки не меньше 9 дней. Принимать: в первые 5 дней по 5 капель 3 раза в день, затем по 10 капель 3 раза в день и так, каждую пятидневку прибавляя по 5 капель, довести приём до 50 капель 3 раза в день, обязательно капая в травяной настой. А травяной настой представляет из себя набор таких трав: пустырник, мята, таволга, подорожник, крапива, цикорий, донник, подорожник, чистотел, шишки хмеля, вереск, шалфей, бессмертник. Все они тщательно, почти в муку, измельчены и тщательно перемешаны. Заваривается в стакане кипятка только неполная, вровень с краями, чайная ложка, настаивается 8 часов (ночь). Принимать по 50 мл 3 раза в день за полчаса до еды, капая в каждую порцию положенное количество борца, напомню, начиная с 5 капель 3 раза в день.

Дозировку ни в коем случае нельзя превышать. Как и все другие акониты, борец синий очень ядовит, его можно использовать только микродозами. Используется он с успехом при полиартритах, системных заболеваниях, эпилепсии, болезнях щитовидной железы, печени и почек, при раке различной локализации.

Тибетцы считали аконит универсальным средством для оздоровления и поэтому дали ему название «Великое лекарство».

Борщевик обыкновенный

Кто близок к природе, тот знает и ценит пикантный вкус супов и салатов из весенних побегов борщевика. А целители заготавливают листья, семена и корни для лечения целого ряда болезней. Авиценна говорил о борщевике: «Он очень полезен от падучей. Он полезен при затруднённом дыхании и астме. Корень его помогает от болей в печени и от желтухи». Действительно, борщевик оказывает хорошее действие при нервных заболеваниях и неврозах, судорогах, эпилепсии. Настой листьев дают пить при внезапно открывшемся поносе, а отвар — при желудочно-кишечных коликах, гастритах, колитах, застойных явлениях в печени и жёлчном пузыре.

ЭПИЛЕПСИЯ. 1 столовую ложку измельчённых корней залить 250 мл воды, довести до кипения и постепенно упарить на одну треть. Процедить. Принимать по 1 столовой ложке 4–5 раз в день вне зависимости от еды.

ФУРУНКУЛЁЗ. Чайную ложку семян залить 200 мл воды, кипятить на слабом огне 7–8 минут, 1 час настоять. Принимать по 50 мл 4 раза в день до еды при фурункулёзе.

ЖЕЛТУХА, БОЛЕЗНИ ПЕЧЕНИ И ПОЧЕК, ЭПИЛЕПСИЯ, УДУШЬЕ. Растереть в порошок семена борщевика, смешать в равной пропорции с мёдом. Принимать по 1 чайной ложке 3–4 раза в день до еды, запивая водой.

СУДОРОГИ РАЗЛИЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ЭПИЛЕПСИЯ, КОЖНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ, ПРИ РАССТРОЙСТВЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЖЕЛУДКА, ПРИ НЕРВНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ. 3 чайные ложки сухой травы залить 2 стаканами холодной кипячёной воды, настоять 2 часа. Принимать в холодном виде по четверти стакана 4 раза в день до еды.

* * *

Борщевик не применяют при геморрое и трещинах прямой кишки, провоцируемых запорами. Во время лечения требуется контроль за артериальным давлением. Борщевик снижает половую активность. При длительном применении приводит к бесплодию. Борщевиком нежелательно пользоваться при гастрите с повышенной кислотностью.

Боярышник кроваво-красный

У боярышника целебны цветки, плоды, листья, кора. Широкое применение находит боярышник при сердечно-сосудистой недостаточности, стенокардии, мерцательной аритмии, пароксизмальной тахикардии, экстрасистолии, расстройствах кровообращения в сосудах сердца и головного мозга, атеросклерозе — особенно в климактерический период. Боярышник бывает необходим при тиреотоксикозе, повышенной функции щитовидной железы, повышенном кровяном давлении, головокружении, шуме в ушах, бессоннице, повышенной нервной возбудимости, одышке. Отвар коры используют при лихорадке, отвар плодов — при лейкемии. Эликсиром для продления жизни может послужить сок из майских листьев.

РЕВМАТИЗМ. На три четверти наполнить банку свежими цветками боярышника, не утрамбовывая, залить доверху водкой и настоять 1 неделю. Принимать по чайной ложке 3 раза в день через полчаса-час после еды, запивая настоем травы зверобоя.

УХУДШЕНИЕ ПАМЯТИ, БОЛЬШАЯ РАЗДРАЖИТЕЛЬНОСТЬ, СНИЖЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ, ГОЛОВОКРУЖЕНИЕ, ГИПЕРТОНИЯ, ЧУВСТВО СТРАХА ХОДЬБЫ ПО УЛИЦЕ, ПРИЗНАКИ РАССТРОЙСТВА КООРДИНАЦИИ И ПОХОДКИ. Принимать по 40 капель 3 раза в день заспиртованный сок цветков.

* * *

Имеется у боярышника и обратная сторона медали. Длительный и бесконтрольный приём его препаратов может вызвать угнетение сердечного ритма. Отвары и настойки нельзя принимать натощак, а только через полчаса-час после еды. Если их пить на голодный желудок, то можно спровоцировать спазм сосудов, кишечный спазм, иногда и рвоту. После приёма боярышника нельзя сразу пить холодную воду — это вызовет кишечные колики. Снять их можно тмином, укропом, сельдереем. Плоды боярышника в большом количестве могут вызвать лёгкое отравление. Особенно вредны незрелые плоды.

Способность боярышника снижать давление иногда осложняет лечение сердечных недугов и других заболеваний у гипотоников. Для них, по моим многолетним наблюдениям, более подходящим является сок, отжатый из свежих цветков. Его необходимо смешать с равным количеством водки, чтобы предотвратить закисание.

Брусника

Коровья трава — это брусника, если перевести её название с латыни на русский язык. Не знаю, что находят в ней для себя коровы, но люди давно оценили её целебные свойства. Лечат не только болезни почек и мочевого пузыря. Ягоды брусники тонизируют сердечную мышцу, снижают артериальное давление, повышают прочность и эластичность кровеносных сосудов. Листья настаивают и пьют при неспецифическом или инфекционном артрите, ревматизме, остеохондрозе, подагре. Ценность брусники состоит ещё в том, что ягоды и листья подавляют рост болезнетворных грибков кандида, микроспоры, трихофита, а также простейших жгутиковых — трихомоноза, балантидиоза, провоцирующих тяжёлые заболевания. Лист брусники находит применение при лейкозах. Чай из листьев пьют при сахарном диабете.

ДИСБАКТЕРИОЗ. Добавлять в чай свежие или сушёные ягоды (при курсе лечения антибиотиками).

ЛЕЙКОЗ. Заваривать из расчёта 1 столовая ложка сухих листьев на стакан кипятка, настаивать 1 час. Принимать по половине стакана 3 раза в день (в комплексном лечении с другими травами: цветами гречихи, листьями черники и земляники, травой или соком медуницы, настойкой корней сабельника и пр.).

РАДИОАКТИВНОЕ ОБЛУЧЕНИЕ, МАЛОКРОВИЕ, ДИАБЕТ. 1 столовую ложку ягод варить 10 минут в стакане воды, настоять 1 час. Пить по 1 стакану 2 раза в день после еды.

ПОДАГРА, ОСТЕОХОНДРОЗ, АРТРИТ, ПОЛИАРТРИТ. 100 г сушёных листьев на 2, 5 л кипятка, закрыть крышкой и парить, укутав, 2 часа, процедить. Затем добавить 1 стакан водки и томить на огне ещё 15 минут, не доводя до кипения. Принимать по одной трети стакана 3 раза в день за полчаса до еды. Курс лечения — 6 месяцев, а при полиартрите, пока не пропадут осадки в моче.

РАК ЖЕЛУДКА. 1 столовую ложку листьев залить 2 стаканами кипятка, парить на водяной бане 15 минут, через 45 минут процедить. Долить кипячёной воды до первоначального объёма. Принимать по 50 мл 3–4 раза в день до еды (в комплексном лечении с другими средствами).

РАК КОЖИ. Съедать ежедневно по половине или по 1 стакану брусники 1–2 раза в день, в сочетании с дополнительным лечением.

* * *

Оказывается, и у брусники могут быть противопоказания. Неспроста в «Евгении Онегине» Пушкин обронил: «Боюсь, брусничная вода мне не наделала б вреда».

Мало приятного, если после вкусного, сытного обеда, утолив жажду брусничной водой, не будешь вылезать из туалета. Брусника, казалось бы, обладающая вяжущим действием даже при гнилостных поносах, способна оказать обратное действие при гастритах с высокой кислотностью желудочного сока. При лечении брусникой должны осмотрительно подходить к ней гипотоники: листья и в особенности сок из ягод эффективно и быстро снижают давление. Нежелательно употреблять бруснику при холецистите. Ягоды в свежем виде противопоказаны при язве желудка и двенадцатиперстной кишки. С осторожностью пользоваться при болезнях почек. Брусника противопоказана при уратных камнях.

Будра плющевидная

В народе уважительно называют её сороканедужной травой. Спектр её применения и в самом деле безграничен. Необходимо лечить лёгочные заболевания — пожалуйста, будра тут как тут: поможет при фарингите, ларингите, бронхите, воспалении лёгких, бронхиальной астме, туберкулёзе лёгких. Получил человек переломы костей или вывихи — в два раза быстрее можно исцелиться, если прикладывать истолчённую свежую или запаренную сушёную траву. Не пройдёшь мимо будры при зобе, потере слуха. Рекомендуют её и при варикозном расширении вен. При наличии песка в жёлчном пузыре будра не только снимет воспаление, но и будет способствовать отхождению мелких камней диаметром 2–3 миллиметра. Будра показана при воспалительных процессах в желудке и кишечнике. Ею лечат заболевания почек, селезёнки, печени. Настой травы используют на примочки при слезотечении, конъюнктивитах, кожных заболеваниях — различных сыпях, язвах, ранах, фурункулёзе, псориазе. Настойка травы на уксусе эффективна при чесотке. Это далеко не весь перечень болезней, где требует своего присутствия будра.

Без будры я не мыслю своей домашней аптечки. Высоко ценю сок из свежесобранной майской травы, особенно при лечении цирроза и рака печени, рака горла, бронхов и лёгких. Теперь научными исследованиями подтверждено противоопухолевое и противометастатическое действие будры плющевидной.

КЛИМАКС. 1 десертную ложку сухой травы залить 0,5 л крутого кипятка, настоять, укутав, 10 минут, процедить. Пить в тёплом виде по 1 стакану 3 раза в день незадолго до еды.

РАК ПЕЧЕНИ, МЕТАСТАЗЫ. 1 чайную ложку травы залить 1 стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Пить по четверти стакана 3–4 раза в день. Капать в каждую порцию по 5-15 капель заспиртованного сока будры. (Для этого я отжимаю сок из майской цветущей травы и смешиваю пополам с водкой, предохраняя от закисания.) В некоторых случаях назначаю сок по 20 капель 3 раза в день, капая в настой репешка или буквицы.

* * *

Мне не приходилось наблюдать каких-либо ярко выраженных противопоказаний к будре. Следует только помнить, что растение считается ядовитым, так что дозировка должна быть разумной. Увеличенные дозы могут вызвать потливость, нарушить сердечный ритм. Необходимо прекратить лечение будрой при гипертонических кризах. Передозировка может вызвать сильное выделение слюны. И даже отёк лёгких.

Бузина травянистая

Бузина травянистая отличается от своих сестёр мощным, толстым, ползучим корневищем. И ветки у неё бело-розовые, собранные в зонтичные соцветия. Ягоды тёмно-фиолетовые с красным соком неприятного запаха. Любит запад и юго-запад европейской части России, растёт как сорняк на полях и огородах, по оврагам и опушкам, обитает на Украине, в Беларуси, в Крыму, на Кавказе. Как и многие сорняки, обладает большой целебной силой.

Судите сами. Растение это противораковое, противоопухолевое, кровоочистительное, укрепляет иммунную систему, борется с заболеваниями горла. Применяется при заболеваниях крови (лейкоз, лимфогранулематоз) и лимфосистемы, при миоме матки, женских воспалениях, зобе, хронических запорах, а также для лечения ревматизма, подагры, артритов, остеохондроза, болезней почек, воспаления мышц.

ЛЕЙКОЗ, ЛИМФОГРАНУЛЕМАТОЗ. До еды выпить 150 мл дистиллированной воды, а после еды — 1 десертную ложку сиропа. Его готовят так: поровну смешать ягоды и сахар, то есть стакан на стакан, закрыть и убрать в шкаф. Через 2 недели образуется сироп. Хранить в холоде. Сироп вкусный, но увлекаться нельзя — вызовет расстройство желудка.

РАК, САРКОМА. 1 столовую ложку измельчённых корней на 0,5 л воды, довести до кипения и на слабом огне кипятить 15 минут. Настаивать 10 часов. Принимать по 50 мл 3 раза в день за полчаса до еды.

ВОДЯНКА (особенно почечная), 30 г измельчённых корней залить 1 л кипятка, настоять 2 часа, процедить. Пить по 1 стакану 3 раза в день (сильное мочегонное). Можно воспользоваться другим рецептом: 2–3 чайные ложки порошка корней залить 1 стаканом кипятка, настоять 2 часа, выпить за день в 3 приёма.

ДИАБЕТ. 2 чайные ложки корня залить 2 стаканами кипятка, настоять 4 часа, принимать по 1–2 столовые ложки 3–5 раз в день за 20 минут до еды.

Бузина красная

Народная медицина не обходит стороной этот растущий по лесным опушкам и берегам речек густоветвистый кустарник. Чаще всего отвары древесины, коры, цветков, входящие в сложные прописи, используются при лечении остеомиелита, смещения позвоночника, а также органов пищеварения, при неврозах, стенокардии, бронхиальной астме, бронхоэктазах, хронических бронхитах, при артритах различного происхождения. Считается, что цветки и плоды обладают противоопухолевым действием. Настойкой спелых ягод на водке натираются при остеохондрозе, пяточной шпоре. Отваром корней лечат псориаз. Водно-спиртовую настойку цветков пьют каплями при патологическом климаксе.

ДЕФОРМАЦИЯ СУСТАВОВ, ОСТЕОХОНДРОЗ, ПЯТОЧНЫЕ «ШПОРЫ». Стеклянную банку заполнить на три четверти объёма свежими ягодами, доверху залить водкой, закрыть крышкой и настаивать в тёмном месте не меньше месяца. Использовать в виде компрессов или смазывания 2 раза в день. Вот один из примеров. У женщины средних лет настолько были деформированы кисти рук, что она не могла держать даже ложку. Ежедневно она несколько раз тщательно втирала настойку в каждую фалангу пальцев, в ладони — по часу и больше на каждую процедуру. Перелом наметился месяца через три-четыре, когда она сообщила, что несла с рынка сумку с продуктами. Через полгода пригласила на суп с домашней лапшой — сама раскатала тесто и тоненько накрошила лапшу. Месяцев через восемь-девять все пальцы обрели прежнюю форму и подвижность — от болезни следа не осталось. А у матери моего товарища так выпирала шишка большого пальца на ноге — он чуть ли не поперёк ноги встал, и женщина обувь не могла надеть приличную. Всю зиму она просидела дома, с утра до вечера у телевизора, и от нечего делать втирала в «шишку» и палец настойку. К нашему удивлению, к весне палец встал на место, «шишка» исчезла, и женщина с наслаждением стала носить лёгкую удобную обувь. Я рассказал лишь про два случая с близко знакомыми людьми, а сколько других больных получили пользу — не считал.

РАК ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. 1 столовую ложку сухих цветков залить стаканом кипятка, настоять 1–2 часа. Принимать по трети стакана 3 раза в день в промежутках между едой с настойкой почек берёзы или чёрного тополя, либо с настойкой свежих корней дягиля. Месяц пить, месяц отдыхать. От этого средства я наблюдал только положительные результаты.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Засыпать полную 3-литровую банку свежими ягодами, залить 250 мл коньяка, настоять 10 дней. Затем ягоды перетереть в брезентовом мешочке до кашицы, вновь вместе с соком залить в банку, добавить туда 100 мл настойки берёзовых почек (желательно на коньяке), опять настоять 10 дней. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день за 30–40 минут до еды, запивая настоем мяты или мелиссы. Курс лечения 1,5–2 месяца. Через месяц можно повторить (кстати, густой экстракт ягод стимулирует образование эритроцитов).

АСЦИТ (водянка). 200 г измельчённой коры залить 1 л белого сухого вина, настоять 2 дня. Принимать по 100 мл в день.

* * *

Химический состав бузины красной изучен недостаточно. Известно, что цветки, листья, кора, ягоды — сильное слабительное средство. Это надо иметь в виду при желудочно-кишечных заболеваниях со склонностью к жидкому стулу. Отвары листьев и коры при неумелом пользовании вызывают рвоту.

Бузина чёрная

Своей популярностью она затмевает бузину красную. И применяется значительно шире, находя признание даже в научной медицине. Отвар и настой из цветков бузины чёрной назначают при простудных заболеваниях, гриппе, бронхите с хрипами в груди и сухим кашлем, пневмонии, ларингите. Пьют эти настои при заболеваниях почек, почечных лоханок, воспалениях мочевого пузыря.

Чёрной бузиной лечат артриты, подагру, ревматизм, а также кожные заболевания.

Плоды собирают осенью только зелёными.

РАК ЛЁГКОГО. При сильном кашле и накоплении жидкости в лёгких эффективно принимать сироп бузины чёрной 3 раза в день после еды по 1 десертнойложке.

КОЛЬПИТЫ, ЦЕРВИЦИТЫ И ДРУГИЕ ВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ ЖЕНСКИХ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ. 30 г ягод чёрной бузины отварить в 0,5 л воды, в тёплом виде использовать для спринцеваний (прерывая за 2–3 дня до наступления менструации и через 2–3 дня после неё, до полного излечения).

ОТЕКИ. 1 столовую ложку листьев залить 1 стаканом кипятка, ещё покипятить 5 минут, настоять до остывания. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день, пока отеки не начнут опадать.

ВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ ПОЧЕК. Настой коры (с двухлетних веток) 6–8 мл или 4–5 г порошка из коры настоять 5–6 часов в 0,5 л кипятка в термосе. Пить по 100 г 5–6 раз в день, особенно при почечных отёках.

ДИАБЕТ. 1 столовую ложку сушёных ягод залить стаканом кипятка, настоять 20 минут, принимать по 50 мл 3–4 раза в день после еды.

* * *

Каких-либо серьёзных противопоказаний чёрная бузина не имеет. Следует лишь учитывать, что её препараты обладают мочегонным и слабительным действием и должны быть исключены при язвенном энтероколите, несахарном диабете, а передозировка может вызвать тошноту, рвоту.

Буквица лекарственная

За долгие годы знакомства с ней у меня сложилось убеждение, что это ценнейшее лекарственное растение ещё не получило должного широкого признания. А ведь не зря в народе бытовала в стародавние времена поговорка: продай пальто — купи буквицу. Обратите внимание на то, с какой охотой пьют настой буквицы маленькие дети: видимо, инстинкт им подсказывает, что именно это лекарство даст выздоровление.

Буквица универсальна, оздоравливающе действует на весь организм. Иначе говоря — укрепляет иммунитет. Поэтому с её помощью легче бывает справиться с простудными заболеваниями дыхательных органов, бронхитами, астмой, лёгочными кровотечениями при туберкулёзе. Буквицей лечат болезни печени и желчного пузыря, мочевого пузыря и почек, желудочно-кишечные заболевания. Настой травы показан при ревматоидных артритах и подагре. В виде примочек её используют при варикозном расширении вен с трофическими язвами. Хорошо проявляется действие буквицы при истощении нервной системы.

ГЕРИАТРИЯ (пожилой возраст). 1 столовую ложку травы кипятить в 1 стакане воды 15 минут при самом слабом кипении. Можно добавить 2 столовые ложки виноградного вина — при желании. Выпить стакан за день в 3–4 приёма. Не комбинировать с другими растениями. Средство иммуннотропное и кровоочищающее, помогает при атеросклерозе, улучшает обмен веществ, понижает давление.

ГИПЕРГИДРОЗ КИСТЕЙ. Заваривать из расчёта 1 столовая ложка травы на стакан кипятка — делать ванночки при повышенной потливости рук.

РАК ЛЁГКИХ (с кровохарканьем). Заварить в стакане кипятка 1 полную чайную ложку травы, настоять 1–2 часа, процедить. Влить в настой 2 столовые ложки крепкого виноградного портвейна. Принимать по 60 мл 2 раза в день до еды. (Я часто вводил это средство в комплекс при раке лёгкого.)

ГАЙМОРИТ. Настой буквицы из расчёта 1 столовая ложка на стакан кипятка, настоять 2–3 часа — закапывать в каждую ноздрю по полной пипетке настоя минимум 5–6 раз в день, разжижённое содержание гайморовых пазух быстро начинает выделяться наружу. Это средство помогало многим.

* * *

При многих заболеваниях я назначаю буквицу, даже при таких недомоганиях, не упоминаемых в медицине, как «весенняя усталость», потому что противопоказаний у неё немного. Буквица нежелательна при гастритах с низкой кислотностью, при ярко выраженной гипотонии. Противопоказана буквица при угрозе тромбообразования, так как содержащийся в траве стахидрин способствует кровесвертыванию. Нельзя пользоваться буквицей при беременности.

Валериана лекарственная

Препараты из корней валерианы широко применяются как успокаивающее средство при нервном возбуждении, неврозах, сердечно-сосудистых заболеваниях, спазмах сердца, желудка и кишечника, бессоннице, мигрени, бронхиальной астме, как противосудорожное при эпилепсии и испуге, при нейродермитах, тиреотоксикозе, несахарном мочеизнурении, климактерических расстройствах, токсикозах беременности.

ГИПЕРТИРЕОЗ. При повышенной функции щитовидной железы 8-10 г корня валерианы залить 1 стаканом крутого кипятка, закрыть блюдцем так, чтобы донышко окунулось в настой. Содержимое выпить на следующий день в несколько приёмов.

КЛИМАКС (с повышенным давлением). 2 столовые ложки корня залить 0,5 л кипятка, подержать на водяной бане 15 минут, затем дать остыть, отжать. Принимать по половине стакана 2–3 раза в день через 30 минут после еды.

МИГРЕНЬ. 2 чайные ложки валерианы на стакан воды, кипятить на слабом огне 5 минут, после остывания процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 3–4 раза в день.

ПНЕВМОНИЯ. Принимать по 1–2 г порошка корней, запивая столовой ложкой воды.

ГЕЛЬМИНТОЗ. 1 столовую ложку измельчённых корней залить 1 стаканом холодной кипячёной воды. Настоять под крышкой 8-12 часов, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день. Помогает от ленточных глистов.

ГЛАУКОМА, УХУДШЕНИЕ ЗРЕНИЯ. Залить 1 л красного виноградного вина 50 г порошка корня валерианы, настоять 15 дней, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день до еды.

* * *

У валерианы выявлены и противопоказания. Её препараты повышают свёртываемость крови, что особенно нежелательно пожилым людям, особенно при угрозе инфаркта или инсульта.

При хроническом энтероколите валериана способна вызвать обострение.

В восточной медицине считалось, что валериана вредна для почек (видимо, способствует задержке жидкости при плохой работе почек и мочевого пузыря при некоторых заболеваниях).

С осторожностью надо отнестись к валериане гипертоникам, так как она иногда порождает возбуждающий эффект не только при длительном, но и однократном приёме, нарушает сон, вызывает тяжёлые сновидения. Иногда наблюдается полная непереносимость валерианы некоторыми людьми. Чаще всего это наблюдается при астеноневротических синдромах и диэнцефальных пароксизмах.

Василёк синий

Цветки василька прежде всего эффективны при заболеваниях почек и мочевого пузыря. Отвар соцветий пьют также при болезнях сердца, головных и желудочных болях. Водный настой травы применяют при водянке, желтухе, задержке менструации. В отваре травы купают детей при диатезе, экземах. Настой василька полезен при куриной слепоте.

ГИДРОНЕФРОЗ. Взять две части листьев толокнянки, по одной части петрушки, берёзовых почек, листьев вахты трилистной и корней девясила, все перемешать.

1 столовую ложку сбора залить 2 стаканами кипятка, на слабом огне кипятить 5–7 минут, лишь затем всыпать в отвар 1 чайную ложку цветков василька, закрыть крышкой и настоять 20 минут. Принимать по стакану 3 раза в день перед едой в тёплом виде.

ИНФАРКТ МИОКАРДА. От свежесобранной травы василька в начале цветения взять 100 г, залить 2 стаканами оливкового или подсолнечного масла холодного отжима, плотно закрыть, выставить посуду на солнце и настаивать 20 дней, после чего процедить. Принимать по 1 чайной ложке утром натощак для нормализации сердечной деятельности после инфаркта.

ЖЕЛТУХА. Оборвать от цветков лепестки василька и залить водкой из расчёта 1:10. Настоять пару недель. Капать по 20–30 капель на столовую ложку тёплой воды, принимая 3–4 раза в день до еды.

ВОДЯНКА. В стакане кипятка заварить 2 чайные ложки цветков, настоять 1 час, процедить. Пить по четверти стакана 3 раза в день за 10–15 минут до еды.

ОТЕКИ. В данном случае 1 чайную ложку цветков (лепестков) залить 1 стаканом кипятка, закрыть крышкой и настоять 1 час. Пить по половине стакана 3 раза в день за полчаса до еды.

НЕФРИТ, ЦИСТИТ, УРЕТРИТ. Берётся 1 столовая ложка краевых лепестков на 1 стакан крутого кипятка. Настоять 2 часа. Принимать по четверти стакана 3–4 раза в день, предпочтительно до еды.

Да, это кропотливая работа — обрывать с цветков лепестки. И сушить их надо в полутёмном месте, чтоб они не выгорели и не обесцветились — белесые, бесцветные хоть выбрасывай, лечебного действия они не окажут. Помнится, несколько дней я потратил на сбор лепестков для лечения одной молодой женщины, у которой обнаружили пиелонефрит. Сушил сырьё по всем правилам, но все равно часть лепестков пришлось отбраковать: оказывается, раннее утреннее солнце отыскало узенькую полоску в занавеске и прихватило-таки поверху часть лепестков. К счастью, отбраковывать пришлось совсем немного.

* * *

Василёк синий, равно как и василёк луговой, применяемые зачастую при одних и тех же заболеваниях, имеют и одинаковые противопоказания. Запрещается пользоваться васильками при женских заболеваниях с маточными кровотечениями, продолжительными болезненными менструациями.

Препараты василька нельзя принимать внутрь при беременности.

При лечении васильком нельзя забывать, что возможна кумуляция в организме циановых соединений. Поэтому при длительном лечении запущенных хронических болезней необходимо делать перерывы.

Василисник вонючий

Медицина признает этот вид василисника как сердечно-сосудистое средство гипотензивного действия. Настойка травы, принимаемая каплями, эффективна при ранних формах гипертонической болезни. Мало того, подтверждено противоопухолевое действие василисника при лечении саркомы и других злокачественных опухолей.

В народе применение шире: при желтухе, поносах, малярии, ревматизме, простудных заболеваниях, женских болезнях.

РЕВМАТИЗМ. 1 столовую ложку измельчённой травы заварить в 1 стакане кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ. 5 столовых ложек настоять в 0,5 л водки в течение двух недель. Периодически взбалтывать, процедить. Принимать по 30–40 капель 3–4 раза в день на воде или в подходящем для лечения туберкулёза травяном настое.

В гомеопатии его, как и василисник вонючий, применяют при слабом зрении и болезненных менструациях. Оба эти растения имеют много общего. Василисник малый тоже используют при начальной форме гипертонии, желудочно-кишечных, сердечно — сосудистых заболеваниях, желтухе, малярии, туберкулёзе, эпилепсии, головных болях, маточных кровотечениях и воспалении придатков, венерических язвах, нарушениях обмена веществ. Отваром листьев обмывают кожные сыпи, язвы, делают примочки при раке кожи.

ЭПИЛЕПСИЯ. 3 столовые ложки измельчённой травы залить 0,5 л водки, настоять 15 дней, процедить. Принимать от 15 до 25 капель 3 раза в день.

САРКОМА (и другие злокачественные новообразования). 1 чайную ложку травы заварить в стакане кипятка, закрыть крышкой и поставить в кипящую водяную баню. Парить 15 минут. Настоять до остывания. Принимать по четверти стакана 3 раза в день до еды.

Другой рецепт: 1 столовую ложку корней или травы василисника залить стаканом кипятка, парить на водяной бане 30 минут, остужать 10 минут, затем процедить. Пить по 1–2 столовые ложки 3–4 раза в день до еды.

* * *

Оба василисника ядовитые, для приёма внутрь назначаются в строгой дозировке. Василисник не показан при слабой сердечной деятельности, брадикардии — уреженном пульсе, гипотонии, кишечных болезнях с атоническими запорами.

Вахта трилистная — трифйоль

В народе его называют трилистник водяной, а вахтой прозвали потому, что его крупные соцветия хорошо заметны даже в темноте, трифоль как бы несёт вахту вокруг водоёма, как бы предупреждая путника об опасности, наличии впереди воды или болота.

Травники собирают полностью развитые листья до или во время цветения. После высушивания применяют как горечь для возбуждения аппетита, при гастритах с низкой кислотностью, при геморроидальных кровотечениях, туберкулёзе лёгких, кашле, при заболеваниях печени и желчного пузыря в качестве желчегонного средства.

В дерматологии настой или отвар листьев применяется при аллергических зудящих дерматозах, псориазе и других заболеваниях кожи в виде примочек и обмываний.

АХИЛИЯ ЖЕЛУДКА. Траву измельчить, 2 чайные ложки залить стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать по четверти стакана за полчаса до еды. Повышает аппетит, заставляет работать желудок, устраняет боли в кишечнике.

ГАСТРИТ ГИПОЦИДНЫЙ. Листья измельчить в порошок, принимать по 1 грамму 2 раза в день за полчаса до еды (помогает повысить кислотность).

* * *

Сильная горечь растения способствует развитию аппетита, поэтому людям тучным, склонным к ожирению, трифоль нельзя назначать. Некоторые фитотерапевты рекомендуют трифоль при желчно-каменной болезни, однако есть опасность, что подвижные, крупные камни при выходе могут застрять в желчных протоках.

От применения вахты трилистной следует воздержаться при запорах, особенно в пожилом возрасте.

Веребейник монетчатый — чай луговой

Вербейник находит применение только в народной медицине, в основном как кровоостанавливающее средство: настой травы дают пить при кровохарканье, кровавом поносе и дизентерии, носовых и маточных кровотечениях, наружно — при кровоточащих ранах. Свежую или запаренную кипятком сушёную траву прикладывают к болезненным участкам тела при мышечном и суставном ревматизме, полиартритах, подагре.

Точно такими же свойствами обладает его ближайший родственник — вербейник обыкновенный.

АРТРИТЫ, МЫШЕЧНЫЙ И СУСТАВНОЙ РЕВМАТИЗМ. 1 столовую ложку травы залить 1 стаканом кипятка, настоять 2–3 часа, процедить. Принимать по 1/4 стакана 3–4 раза в день.

МОЛОЧНИЦА, СТОМАТИТ. Приготовить такой же настой и полоскать рот несколько раз в день.

* * *

Вербейники противопоказаны при повышенной свёртываемости крови, варикозах, тромбозах, склерозе сосудов конечностей, гипертонии.

Вербена лекарственная

В древности ей приписывали магические свойства, якобы предохраняющие от сглаза, порчи и проклятья. Считалось, что она излечивает все болезни. Сейчас вербеной пользуются редко, так как имеются более эффективные средства для лечения печени, селезёнки, анемии, общей слабости, хотя не следовало бы забывать, что чай из листьев вербены хорошо помогает при атеросклерозе и особенно при набухании жил, закупорке вен, тромбозах.

ТРОМБОЗЫ, НАБУХАНИЕ ЖИЛ, АТЕРОСКЛЕРОЗ. 2–3 чайные ложки травы вербены залить стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать каждый час по 1 столовой ложке. Этот же настой помогает при закупорке вен.

* * *

Противопоказанием к вербене является гипертония. Не рекомендуется она при низком содержании в крови тромбоцитов.

Вереск обыкновенный

К некоторым растениям рецепты я не прилагаю, говорю только об их пользе и противопоказаниях, потому что аналогичные рецепты приводятся с более эффективными и доступными растениями.

О вереске могу сказать, что отвар цветущих веток считается хорошим средством при ревматизме, подагре. Настой травы принимают при воспалении почечных лоханок и мочевого пузыря, почечно-каменной болезни, как успокаивающее средство при нервном возбуждении, испуге. Спиртовую настойку пьют при туберкулёзе лёгких. Отваренную траву прикладывают к ушибам, переломам.

* * *

Вереск имеет противопоказания только при некоторых заболеваниях желудка с низкой кислотностью, при склонности к запорам. Индивидуальная непереносимость иногда наблюдается при упадке сил с заторможенной реакцией и сонливостью.

Вероника лекарственная

Трава вероники в виде настоев и отваров популярна в народной медицине при потере памяти, головокружении, при заболеваниях, вызванных поднятием тяжести. Лечат вероникой болезни печени, почек, селезёнки, мочевого пузыря, язву желудка. Находит она применение и при гинекологических заболеваниях, климаксе. Хорошо помогает вероника при заболеваниях дыхательных путей: простуде, кашле, бронхите, бронхиальной астме, ларингитах, трахеитах, туберкулёзе лёгких.

Используют также другие виды вероники: дубравная, широколистная, длиннолистная, седая, имеющие сходное действие.

РАК ЖЕЛУДКА. 2 чайные ложки сушёной травы залить 2 стаканами кипятка, настоять 2 часа. Принимать по половине стакана 4 раза в день через час после еды.

ПОЛИАРТРИТ, ПОДАГРА. Эффективен сок вероники по 2 столовые ложки 2–3 раза в день натощак. Лечение летнее, с конца мая по август, но даже этих 2–3 месяцев бывает достаточно для интенсивного лечения, а закрепить достигнутые успехи можно в зимний период другими дополнительными средствами.

ПИЕЛОНЕФРИТ ХРОНИЧЕСКИЙ. На одну порцию смешать 2 чайные ложки сока свежей травы с 2 чайными ложками козьего молока. Принимать 2 раза в день перед едой.

ВОСПАЛЕНИЕ ПРИДАТКОВ. Приготовить такой сбор: по 5 частей травы вероники, чернобыльника и ромашки аптечной, жёлтого донника — 1 часть. Перемешать. 5 столовых ложек сбора залить 1 л кипятка, настоять полчаса. За это время сделать очистительную клизму. Пол-литра отвара выпить на ночь в горячем виде. 300 мл использовать для спринцевания, а 150 мл ввести в задний проход и лечь на бок. Через несколько дней можно вести нормальную половую жизнь, но, чтобы полностью вылечиться, придётся делать эти процедуры 2–3 раза в неделю в течение 2 месяцев. Да, все это выполнить непросто, но терпение вознаградится полным излечением.

ГРИБКОВЫЕ ПОРАЖЕНИЯ КОЖИ. Из свежей травы отжать 1 стакан сока, смешать с 1 стаканом 90° спирта, настоять 10 дней. Смазывать поражённые места. Средство эффективное.

ЗУД ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ У ПОЖИЛЫХ ЖЕНЩИН (особенно страдающих сахарным диабетом и гинекологическими заболеваниями). 2 чайные ложки сухой травы залить 2 стаканами кипятка, настоять 2 часа. Пить по одной трети — половине стакана 4 раза в день после еды. Настой избавляет от нестерпимого зуда, улучшает аппетит и пищеварение.

НЕЙРОДЕРМИТ, ЭКЗЕМА, ПОЧЕСУХА, КОЖНЫЙ ЗУД, ПИОДЕРМИТ. Настоем из 1 столовой ложки травы на стакан кипятка, дать настояться 2 часа — делать ежедневные обмывания или примочки несколько раз в день. В настое купают детей при кожных заболеваниях.

* * *

Во всей имеющейся литературе не найти указаний на какое-либо побочное действие вероники. Но это вовсе не означает, что никаких противопоказаний к ней не имеется. К примеру, назначал я веронику лекарственную, обладающую противоопухолевым действием, при раке желудка. В одном случае она превзошла все мои ожидания: больная женщина пошла на поправку, хваля в числе прочих средств именно веронику. В другом случае наблюдалась непереносимость: отвар травы усиливал боли в желудке и вызывал упорную рвоту, так что от вероники пришлось отказаться. Эти и другие примеры из практики убедили меня в том, что вероника требует к себе индивидуального подхода: труднее переносится при высокой кислотности желудочного сока, при гипотонии, некоторых сердечных недомоганиях.

Ветреница алтайская

Он знаком многим из нас — этот вестник весны с нежными белыми цветками, пробивающими остатки снега в пока ещё голом лесу. Среди легкомысленных собирателей букета подснежников нет-нет да попадаются истинные ценители этого лекарственного растения. Бережно берут и траву, и клубеньковые корневища. Все это пригодится при лечении эпилепсии. В случае необходимости можно будет применить при гриппе, заболеваниях почек, ревматизме и даже параличе.

* * *

Растение сильно ядовитое, не терпит вольного с ним обращения. Помнится один очень давний случай. Женщина, страдающая ревматизмом, вычитала в справочной литературе, что хорошо помогает натирание спиртовой настойкой ветреницы алтайской. Настояла свежие луковицы на водке, начала натираться и получила вместо облегчения такие сильные ожоги с язвами, что пришлось приложить немало усилий для избавления от последствий её безграмотного самолечения. Отсюда вывод: не зная броду, не суйся в воду. Любая самодеятельность в обращении с ядовитыми растениями запрещена.

Сильно ядовиты и другие виды ветрениц: белая, вильчатая, лесная, лютичная. Все они используются при нервных заболеваниях, эпилепсии, параличах, заболеваниях дыхательных путей и сердца, слабости слуха и зрения; наружно — при ревматизме, рожистом воспалении, гнойничковых и грибковых поражениях кожи. Требуется строжайшая дозировка. Ветреницы категорически противопоказаны при беременности. Нежелательно принимать внутрь при панкреатите, гипертонии, сердечной недостаточности с брадикардией. Лечение должен назначать только опытный фитотерапевт.

Вех ядовитый — цикута

Растение чрезвычайно ядовитое, вызывающее при отравлении смерть. Микродозами обычно используется в гомеопатии. Опытные фитотерапевты тоже иногда применяют траву, цветки, корни веха при эпилепсии, столбняке, судорогах. Наружно в виде мазей и настоек при ревматизме, воспалении седалищного нерва, хронических дерматитах. И только в тех случаях, когда без него не обойтись.

* * *

Вех противопоказан при угнетённом состоянии центральной нервной системы, гипотонии. Нельзя применять при беременности.

Вздутоплодник сибирский

В фармацевтической промышленности из корня вздутоплодника готовят препарат фловерин, обладающий способностью расширять периферические сосуды и нейтрализовать сосудосуживающий эффект адреналина. Фловерин оказывает спазмолитическое действие на сосуды.

В народной медицине корни и корневища вздутоплодника используются при болях в сердце — прекращаются или становятся менее интенсивными ангиозные приступы, улучшаются показатели электрокардиограммы. Вздутоплодник обладает бактериостатической активностью, в частности, к туберкулёзной палочке, и находит применение при туберкулёзе лёгких, пневмонии. Полезен он и при спастических формах эндартериита, болезни Рейно. В монгольской медицине это растение применяют для лечения опухолей.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ, ПНЕВМОНИЯ. 2 чайные ложки корней вздутоплодника варить на слабом огне 5–6 минут в стакане воды, настоять 2 часа. Принимать по 2 столовые ложки 3 раза в день.

РАК ЖЕЛУДКА, ПИЩЕВОДА, ЛЁГКИХ (особенно из Даурского района Восточной Сибири вздутоплодник Турчанинова). 10 г корней и корневищ (2 чайные ложки) на полтора стакана воды — 300 мл, кипятить 6–8 минут, настоять 2 часа, процедить. Принимать по полстакана 4–5 раз в день за 1 час до еды.

* * *

При всей полезности вздутоплодник имеет и противопоказания. Нельзя пользоваться им при гипотонии, атонических запорах, метеоризме. Лечение необходимо отменить при появлении тошноты, головокружения.

Виноград культурный

Древние римляне говорили: «Путь нашей жизни проходит через виноград». Действительно, ни один фрукт не выдерживает сравнения с ним в широте лечебного действия при самых различных заболеваниях. С глубокой древности виноградом лечат заболевания сердца, бронхов, почек, печени, сосудистой системы, истощение нервной системы, гипертонию и в то же время гипотонию, подагру, анемию, нарушение обмена веществ, гастриты с повышенной секрецией, кашель, ангину, атонические запоры, бессонницу, маточные кровотечения и др.

АТЕРОСКЛЕРОЗ. Вы надолго забудете о своём заболевании, если 3 раза в день будете пить свежий виноградный сок за 1 час до еды в течение полутора месяцев, по стакану.

ПОДАГРА. В течение трёх месяцев надо есть виноград, затем перейти на сок — утром и вечером до еды по схеме: первые 3 дня пить по четверти стакана, потом 5 дней по полстакана, следующие 5 дней по три четверти стакана, ещё 5 дней по стакану сока и последние 5 дней по 1,25 стакана. За этот срок виноградный сок выведет из организма все избытки мочевой кислоты и солей уратов. Начинать следует с 200 ягод на один приём и постепенно довести суточную дозу винограда до 2 кг. Кожицу и зерна не употреблять. Во время лечения избегать жирных и солёных блюд, кефира, свежего и кислого молока, сырых овощей и фруктов, спиртных напитков, пива, газированной воды, в том числе и минеральной. Если пунктуально следовать схеме лечения, то вы полностью избавитесь от мучительной болезни, а обойдётся это значительно дешевле больничного или санаторного лечения.

ХРОНИЧЕСКИЙ ЗАПОР. Ежедневно выпивать по 2 стакана сока 3 раза в день за 1 час до еды. Курс лечения — 2 месяца.

МАТОЧНОЕ КРОВОТЕЧЕНИЕ. Принимать порошок из сухих листьев по 1–2 г три раза в день, запивая водой.

ПРОСТУДНОЕ ЗАБОЛЕВАНИЕ ПОЧЕК И МОЧЕВЫХ ПУТЕЙ. Вложить в изюминку вместо косточек горошину чёрного перца, глотать по 1–2 изюминки 3–4 раза в день, запивая водой. Лечение длительное. Кстати, это же средство рассасывает КАМНИ В ПОЧКАХ И МОЧЕВОМ ПУЗЫРЕ.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ, БРОНХИТ. Есть как можно больше винограда тёмных сортов, ягоды давить во рту, половину косточек выплёвывать, половину глотать.

ГИПЕРТОНИЯ. 1 столовую ложку сухих листьев заварить стаканом кипятка, настоять и принимать по полстакана 2–3 раза в день до еды.

* * *

Виноградный сок, в отличие от других соков, сразу поступает в кровь. В этом он равен меду, который тоже сразу усваивается организмом, а по своему химическому составу сок сродни грудному женскому молоку.

К великому сожалению, не каждому дано пользоваться виноградом безнаказанно. Он противопоказан при сердечной недостаточности с отёками, уремическом состоянии.

В свежем виде виноград противопоказан при гипертонии. (Правда, медицинский препарат из винограданатуроза при внутривенном введении повышает давление, способствует усвоению Сахаров сердечной мышцей.)

От винограда необходимо отказаться при дискинезии желчных ходов, дизентерии, при обострении язвы желудка и двенадцатиперстной кишки.

Противопоказан виноград при бронхоэктатической болезни, хронических нагноительных процессах в лёгких, острых формах туберкулёза.

Сладкие сорта противопоказаны при диабете, а также тучности, сильном ожирении.

Кроме того, виноград, попадая на кариозные зубы, усиливает процесс их разрушения, поэтому всякий раз после него надо прополоскать рот раствором чайной соды.

Сочетание винограда с молоком, огурцами, жирной пищей, минеральной водой, рыбой, пивом часто вызывает метеоризм и расстройство желудка — учтите это, предлагая гостям на десерт виноград за праздничным столом.

Тем, кто любит готовить домашнее вино, следовало бы знать, что сок сорта «изабелла» при брожении образует ядовитые вещества, которые губительно действуют на зрение, почки, органы дыхания и даже могут вызвать цирроз печени.

При употреблении винограда надо знать, что нельзя употреблять свежесорванный виноград, он должен полежать 2–3 дня после сбора, иначе в животе образуется много газов, усиливается метеоризм, нарушается образование витаминов группы В в толстом кишечнике. Когда едят виноград, кожицу обязательно выбрасывают, именно она способствует образованию газов в кишечнике и вызывает метеоризм. Косточки тоже не следует есть, поскольку они задерживают мочу и способствуют запорам.

Баночный магазинный виноградный сок для лечения не годится. Можно применять сок домашнего консервирования, но при этом следует учесть, что витаминов в нём содержится намного меньше, а ферменты (энзимы) при консервировании исчезают полностью.

Вишня обыкновенная

Народные целители издавна убеждены в том, что нет такого органа и системы в организме человека, которые не поддавались бы лечению вишней. Это и сердечно-сосудистая, мочеполовая, лёгочная системы, желудочно-кишечный тракт, печень, почки, поджелудочная железа, опорно-двигательный аппарат, малокровие. Вишня благотворно действует на центральную нервную систему, обладает успокаивающим и противосудорожным действием, и в прошлом некоторые врачи применяли отвар ягод при психических заболеваниях, эпилепсии. Плоды вишни с молоком помогают при лечении артритов. Отвар свежих листьев на молоке эффективен при желтухе различного происхождения. При язве желудка дают пить настой корней вишни. Лечебным действием обладают даже плодоножки — отвары из них назначают при мочекислом диатезе и заболеваниях суставов.

ДЛИТЕЛЬНЫЕ БОЛЕЗНЕННЫЕ МЕНСТРУАЦИИ. 1 столовую ложку вишнёвых плодоножек залить 1 стаканом кипятка, дать слегка покипеть 5 минут, настоять 1 час, процедить. Принимать по одной трети — пол стакана 3–4 раза в день вне зависимости от еды.

ЯЗВА ЖЕЛУДКА И ДВЕНАДЦАТИПЕРСТНОЙ КИШКИ. 2 чайные ложки корней вишни на стакан воды, довести до кипения и кипятить 5 минут, настаивать 1 час, процедить. Принимать за 20–30 минут до еды по четверти или одной трети стакана 3–4 раза в день.

АРТРИТ, ПОДАГРА, НАРУШЕНИЕ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ, АТЕРОСКЛЕРОЗ. Пить в течение сезона по одной трети или до половины стакана свежий сок 3–4 раза в день.

ЖЕЛТУХА (любого происхождения). Измельчить свежие листья вишни, положить 3–4 столовые ложки в пол-литра закипающего молока, варить 5 минут, 1 час настоять, процедить. Пить по полстакана 3 раза в день. Курс 2–3 недели. Если болезнь не отступает, курс лечения повторить.

* * *

Зерна вишнёвых косточек ядовиты. Не беда, если полакомитесь 3–5 зёрнышками, а если съесть 2–3 десятка — можно ждать беды. Хорошо, если отделаетесь рвотой и сильной слабостью, но если появятся посинение лица и губ, судороги, потеря сознании — это угрожающие симптомы, требующие скорой помощи. Свежие плоды и отвары из них (в отличие от корней) противопоказаны при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, обострении эрозивного гастрита. При острых гастроэнтеритах и кишечных коликах вишню можно принимать только в виде сока. Сок вишни можно смешивать только с соком семечковых плодов — яблочным, виноградным.

Водокрас обыкновенный

Его округлые нежно-зелёные листья с глубокой сердцевидной выемкой при основании небольшими букетиками плавают на поверхности воды, украшенные белыми трехлепестковыми цветками. Растёт обычно в озёрах, в медленно текучей воде. Его химический состав пока никому не известен. В народе используют при женских заболеваниях с белями, при частых поллюциях, как средство, подавляющее болезненное половое влечение и успокаивающее при кошмарных сновидениях.

БЕСПОКОЙНЫЙ СОН. 2 чайные ложки сухой травы залить стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 3 раза в день вне зависимости от еды.

ПРИАПИЗМ. Начальником цеха на швейной фабрике был мужчина, да такой ловелас, что ни одной юбки спокойно не мог пропустить. Года два он там работал, и вдруг приключилась с ним беда. Напала на него такая стойкая эрекция, что ни днём, ни ночью покоя не даёт. Смех смехом, а болезнь пренеприятнейшая, изнуряющая, не обусловленная необходимостью и причиняющая сильные страдания. На женщин смотреть противно, век бы их не видал. Болезнь эта приапизмом называется. Врач таблетки давал, уколы назначил, да толку мало. Тут один дедок дал пакетик приятно пахнущей травы, научил как заваривать и пить — 1 столовую ложку на стакан кипятка, настоять и выпить в течение дня. Как только болезнь прихватит — сразу пей, не жди положенного часа. Выздоровел этот мужчина, с фабрики на другую работу ушёл, довольный тем, что в привычной семейной жизни такая болезнь ему не грозит.

КОЖНОЕ ВОСПАЛЕНИЕ. В быту от крестьянской работы или в походе воспалится кожа от тесных ботинок или рюкзака, начнёт краснеть и отзываться болью на любое прикосновение — приложи измельчённые свежие листья водокраса к воспалённым участкам, меняй почаще — к утру всё пройдёт.

* * *

Водокрас можно собирать только в малопосещаемых, экологически чистых местах, так как растение обладает повышенной способностью аккумулировать радиоизотопы.

Нельзя применять водокрас при острых энтероколитах, поносах, при падении ниже нормы артериального давления.

Водяной перец

Меня поражает удивительное кровоостанавливающее и заживляющее действие этого растения. Однажды, копая корни на склоне холма в раскисшей от дождя земле, я сильно поранил руку. Кровь сочилась безостановочно. Спустился к озеру смыть грязь с раны и увидел растущие вдоль кромки воды красноватые стебли водяного перца. Размял его узенькие листочки до появления клеточного сока и закрыл рваную кровоточащую рану. Уже через полчаса рана затянулась настолько надёжно, что я перестал ощущать боль и смог продолжить работу, не опасаясь заражения — водяной перец обладает достаточно сильной бактерицидностью.

Водяной перец (горец перечный) содержит танин, кислоты яблочную, муравьиную, хлорогеновую, паракумаровую, валериановую, эфирное масло, пектин, флавоноиды гиперозид, авикулярин, кверцетин, витамины С и К, Д и Е, каротин, оксалат кальция и много микроэлементов, в том числе марганец, магний, титан, серебро.

В научной медицине используется как нежное слабительное при атонических и спастических запорах, кровоостанавливающее при геморроидальных и маточных кровотечениях, при фибромиомах и хронических воспалительных процессах в матке (В. К. Лавренов).

Препараты водяного перца повышают свёртываемость крови, тонус матки, суживают сосуды (не повышая при этом артериального давления, вызывают сморщивание геморроидальных узлов).

Препараты водяного перца назначают при варикозных расширениях вен, камнях в почках, дизентерии, кожных заболеваниях, а также при лечении язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, при песке в почках и мочевом пузыре, для полосканий при ангине и воспалении зева. Наружно траву используют при узловатой форме зоба, для лечения гнойных и гангренозных ран, язвы голени, экземы, для местных ванн при геморрое.

За водяным перцем признаны противоопухолевые свойства.

Я не без умысла дал подробный рассказ о химическом составе и лечебных свойствах водяного перца. Много рецептов по использованию водяного перца я дал в книге «Одолень-трава» и повторяться не хотелось бы, тем более что рецепты, в основном, однотипные, да и найти их можно во многих справочниках. Я только хотел отметить, что во многие мои противоопухолевые бальзамы непременно включается настойка травы водяного перца.

* * *

Применяя водяной перец, надо всегда помнить, что он повышает свёртываемость крови.

Водяной перец противопоказан при таких заболеваниях почек, как нефрит, гломерулонефрит. Нельзя пользоваться им и при воспалении мочевого пузыря.

Водяной перец повышает тонус матки и противопоказан при беременности.

Растение считается ядовитым, хотя случаев отравления им не наблюдал ни разу. Надо только аккуратно соблюдать правила его использования и помнить о противопоказаниях.

Володушка золотистая

В народной медицине находят применение не менее десятка видов володушек — многожильчатая, козельцелистная, длиннолистная, круглолистная и другие, но золотистая, как показывает практика, эффективней всех. Она теперь признана и научной медициной как ценное лекарственное растение при лечении всех заболеваний печени: холециститов, холангитов, ангиохолитов, гепатитов, цирроза печени. Недавно доказано, что обладает противоопухолевым действием (правда, эксперименты пока ставились на животных).

Экспериментальными и клиническими исследованиями установлено, что володушка золотистая усиливает секреторную деятельность поджелудочной железы и печени. Она увеличивает количество выделяемой желчи, изменяет её химический состав, увеличивая количество пиптментов, кислот и холестерина.

Наиболее активно действуют цветки и листья.

В народе используется шире. Ею лечат желудочно-кишечные болезни, лихорадящие инфекции, головную боль, а отвар корней употребляют при малярии.

При лечении тяжёлых заболеваний печени и поджелудочной железы я использую свежий сок, для хранения консервирую его спиртом — чтобы не закис. Неплохие результаты имелись при лечении злокачественных опухолей в комплексе с другими растениями. Я мог бы привести десятки примеров того, как положительно проявляет себя володушка при метастазах в печень или при лечении поджелудочной железы, но для этого необходимо дать описание назначаемых комплексов, которые заметно отличаются друг от друга, потому что разрабатываю их индивидуально под конкретного больного с учётом его сопутствующих болезней.

Если есть необходимость избавиться от одной отдельной хвори, кое-что подскажу.

МИГРЕНЬ. Отвар готовить из расчёта 2 чайные ложки травы или корней на 1 стакан воды, кипятить на слабом огне, пока не упарится наполовину. После остывания процедить. Принимать по половине стакана 3 раза в день обязательно за 15–30 минут до еды.

ГЕПАТИТ, ХОЛЕЦИСТИТ. 3 чайные ложки травы залить 1 стаканом кипятка, настоять 4 часа. Принимать по 0,3 стакана 3 раза в день обязательно до еды. (Володушку надо пить до еды, потому что сразу начинается активное выделение желчи, панкреатического и желудочного сока.) Курс лечения 3–4 недели.

ГИПЕРТОНИЯ (стойкая), ГРИПП, ИНФЕКЦИОННЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ, НЕВРАЛГИЯ, НЕРВНЫЕ БОЛЕЗНИ. 50 г сухой травы залить 0,5 л водки, настоять 10 дней. Принимать по 25–30 капель 3 раза в день до еды.

ИМПОТЕНЦИЯ (как стимулирующее). 1 столовую ложку травы заварить в стакане кипятка, настоять 2 часа. Принимать по полстакана 3 раза в день до еды в течение 15–20 дней. На такое же время сделать перерыв и при необходимости повторить.

* * *

Володушка противопоказана при желчно-каменной болезни (с интенсивным выделением желчи может погнать камни, превосходящие по диаметру желчные протоки, и заткнуть их).

Препараты володушки нельзя принимать при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, при гастрите с пониженной кислотностью.

Волчец кудрявый

Растёт преимущественно в южных районах, где используется как эффективное средство при желудочных и кишечных язвах, заживляя их. При атонии кишок после воспалительного процесса, метеоризме и запорах, а также при заболеваниях печени, желтухе, заболеваниях дыхательных путей. Волчец стимулирует нервную систему, помогает при сердцебиениях, анемии. Наружно применяется при гангрене, незаживающих ранах. В этом его прекрасные положительные качества. Но имеются и отрицательные.

* * *

Волчец противопоказан при заболеваниях почек. Нельзя применять его при беременности. Завышенные дозировки вызывают тошноту и рвоту.

Волчеягодник обыкновенный, волчник

Сильно ядовит. Особенно ядовита кора. Народ дал ему прозвище «волчье лыко». Шести ягод достаточно, чтобы убить волка. Да и человек, съев несколько ягод, почувствует во рту жжение, страшную жажду, тело начнёт сводить судорогами. Нередко наступает смерть. У Авиценны читаем: «Очень вредно для печени. Смертельны для человека два дирхама. Оно убивает, вызывая тоску, рвоту и понос…» Так что к этому растению нельзя относиться запанибратски.

А польза от волчника исходит великая. При каких только болезнях не приходит он на помощь: тут и тромбозы, тромбофлебиты, параличи, невралгии, ревматизм, подагра; и грибковые поражения кожи, зудящие дерматозы, конъюнктивиты, зубная боль, ангина; и желудочно-кишечные заболевания, колиты, асцит; и ещё такие грозные болезни, как злокачественные опухоли горла, пищевода, желудка, рак матки, лейкемия.

РАК ЖЕЛУДКА, КИШЕЧНИКА. Один грамм, самое большее два грамма измельчённых плодов настоять 10–12 часов в стакане дистиллированной воды. Принимать по 5–7 капель 3–4 раза в день в рюмке воды после еды.

ПАРАЛИЧ МЫШЦ ЯЗЫКА. Настойку коры некоторое время подержать во рту и выплюнуть. Настойка готовится из 2 г коры на 1 стакан водки. Настаивать 5–7 дней.

ТРОЙНИЧНЫЙ НЕРВ. Помогает отвар коры: 2 г коры залить 200 мл горячей воды, кипятить на слабом огне 20 минут, процедить ещё в горячем виде, отжать. Долить кипячёной воды до исходного объёма. Принимать по 5 капель 3 раза в день после еды. Курс лечения 5 дней.

ЛЕЙКЕМИЯ. Принять 1 сушёную ягоду в день (проглотить). Ягоды обладают высокой антилейкемической активностью. Указана доза для взрослого человека. Детям не давать.

* * *

Правда, и противопоказаний имеется немало. Нельзя пользоваться препаратами волчника при любых кровотечениях, так как они, в особенности ягоды, уменьшают свёртываемость крови. Даже в микродозах они раздражают паренхиму почек и исключаются при пиелитах, пиелонефритах,гломерулонефрите. Волчник не рекомендуется при сердечной недостаточности, тахикардии, аритмии. Даже наружные втирания недопустимы при беременности.

Несмотря на растущую в последние годы популярность волчеягодника, особенно при онкологических заболеваниях, самолечение может быть приравнено к самоубийству. Его препараты способен назначить только фитотерапевт высокой квалификации.

Вороний глаз

Одно из народных его названий — крест-трава. В наших лесах довольно часто встречается это невысокое растение с четырьмя широкими листьями, расположенными крест-накрест, а в центре, где они сходятся — одна единственная лилово-сизая ягода, чернеющая к поздней осени. Очень ядовитая ягода, как и все растение вместе с длинным и ползучим корневищем.

Густых зарослей вороньего глаза не встретишь — растёт одиночно, лишь иногда, пройдя по сырому склону тенистого оврага в глухом лесу, найдёшь полтора десятка растений, потом опять где-нибудь через сотню метров наткнёшься на разбежавшийся в разные стороны выводок крест-травы.

Осенью вороний глаз виден издалека, найти его проще, а весной, в мае, когда надо собирать листья, разглядеть его в густой траве не так-то просто.

Серьёзной травой, опасной для жизни, и болезни лечат серьёзные. Траву вороньего глаза, собранную во время цветения, используют при невралгии, мигрени, туберкулёзе лёгких, асците, судорогах, нарушении обмена веществ, а ягоды — при заболеваниях сердца и некоторых других заболеваниях.

Самолечением заниматься не советую, но несколько рецептов в пример приведу.

СОТРЯСЕНИЕ МОЗГА. Готовится настойка. 4 столовые ложки сушёной травы залить 0,5 л водки, настоять в тёмном теплом месте 9 дней. Принимать по 5 капель из пипетки на рюмке воды 2–3 раза в день.

НЕРВНЫЙ ТИК. 2 столовые ложки водочной настойки листьев, приготовленной по указанному рецепту, развести в стакане кипячёной воды и пить по 1 столовой ложке каждые 2 часа в течение дня, пока надоедливый тик под глазом или другие подобные подёргивания в теле не пройдут окончательно. Иногда бывает достаточно нескольких приёмов лекарства, чтобы тик прошёл.

СУДОРОГИ. Так же развести в стакане воды 2 столовые ложки водочной настойки листьев вороньего глаза и принимать тоже по 1 столовой ложке каждые два часа. При сильных судорожных состояниях эту же дозу можно принимать каждый час (но не более стакана в сутки).

СЕРДЕЧНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ (с отёками). 10–12 свежих ягод настоять в 0,5 л водки 15 дней. Принимать по 20–30 капель на рюмке воды 3 раза в день. Курс лечения 3 недели, после чего обязательно сделать перерыв на 10 дней. При необходимости можно провести несколько таких курсов.

* * *

Не превышать указанные дозировки. Не пользоваться при бессоннице. Следить за давлением при гипертонии.

Вороний глаз не показан при беременности.

Вьюнок полевой — берёзка

Неистребимый сорняк, причиняющий немало хлопот садоводам, таит в себе немало целебных сил. Считается, что свежее растение эффективней высушенного, но в свежем виде вьюнок ядовит, о чём нельзя забывать. Вьюнком лечат бронхит, бронхиальную астму, другие заболевания лёгких и дыхательных путей, отеки различного происхождения, кровотечения, заболевания печени, селезёнки. В летний период это одно из лучших средств для заживления ран. Отвар сушёных листьев или корней применяют наружно при сыпях, лишаях, гнойничковых поражениях кожи. Установлено, что вьюнок обладает противоопухолевым действием.

АСТМА. Лечение ведут с весны до осени. 1 столовую ложку свежей травы заливают 1 стаканом кипятка, настаивают 1 час. Пьют по четверти стакана 3 раза в день.

ПЕЧЕНЬ, СЕЛЕЗЁНКА. При воспалении печени и селезёнки отжать сок из свежей травы, 2 столовые ложки сока влить в стакан кипячёной воды. Принимать по 50 мл 3–4 раза в день до еды.

РАНЫ. В свежем виде прикладывать на любые раны — это едва ли не самое лучшее средство для заживления ран.

* * *

Вьюнок полевой противопоказан при раздражённом состоянии кишечника, диарее. Не стоит пользоваться им при гипотонии. Нельзя применять его при беременно-

Галега лекарственная — козлятник

В народе это растение пользуется большой популярностью при лечении диабета — галега действительно снижает содержание сахара в крови, уменьшает зависимость от инсулина. Водный настой листьев пьют при простуде как потогонное. Используют галегу при глистной инвазии. Женщинам, кормящим грудью, дают препараты козлятника как молокогонное средство.

* * *

Галегу причисляют к ядовитым растениям, поэтому дозировка строго ограничивается. Её применение тотчас отменяется при нарушении функций кишечника. Галега способна вызвать повышение кровяного давления, поэтому противопоказана при гипертонии. Длительное лечение препаратами галеги может ухудшить самочувствие и у гипотоников.

По некоторым сведениям, галега противопоказана при беременности, действует абортивно.

Гармала обыкновенная

Растёт в южной полосе России в сухих степях, на каменистых склонах, выбитых скотом пастбищах. Сорняк, образующий обширные заросли. В народе используют листья, стебли, цветки. Ванны из травы считаются хорошим средством при лечении ревматизма и кожных заболеваний. Целебны и семена этого растения — лечат астму. Сок травы рассасывает катаракту в начальной стадии болезни. Ценность гармалы и в том, что она помогает при дрожательном параличе, паркинсонизме, миопатии, миастении.

МИОПАТИЯ, МИАСТЕНИЯ. 1 столовую ложку травы залить 1 стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать от 2 столовых ложек до 50 мл вне зависимости от еды 3 раза в день. Начать с меньших доз.

РЕВМАТИЗМ. Очень полезны ванны. 2–3 полные горсти сушёной травы запарить в 3 л кипятка, настоять полчаса и процедить в приготовленную ванну. Принимать ванну 20 минут. Желательно провести 10–15 процедур, при необходимости можно через день. Эти ванны помогают и при чесотке.

ГЕЛЬМИНТОЗ. Употреблять по 10–15 штук семян 2–3 раза в день, запивая водой. Глисты начинают выходить на третий-четвёртый день.

* * *

Гармала относится к ядовитым растениям. Ею не следует пользоваться при гипотонии. Противопоказана она при гиперкинезах, вызванных перевозбуждением двигательных центров коры головного мозга. Препараты гармалы действуют абортивно и исключаются при беременности.

Гвоздика полевая

Сходное лечебное действие имеют и другие виды: гвоздика-травянка, гвоздика пышная, гвоздика разноцветная. Все они хороши при внутренних и геморроидальных кровотечениях. Применяют их при атонии матки, болях в области живота и сердца, болезнях почек и мочевого пузыря, а также нервных заболеваниях, судорогах у детей, эпилепсии, от головной боли.

Гвоздику-травянку в сочетании с астрагалом шерстистоцветковым и горицветом весенним я успешно применял при сильной сердечной недостаточности.

МАТКА (атония), ОБИЛЬНЫЕ МЕНСТРУАЦИИ, МЕТРОРРАГИЯ. 1 столовую ложку высушенной травы с цветками залить стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день вне зависимости от еды.

СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ. Смешать поровну травы астрагала шерстистоцветкового, горицвета и гвоздики-травянки. 1 чайную ложку сбора залить стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать по четверти стакана 3–4 раза в день при сердечной недостаточности с повышенным давлением.

* * *

Настой травы гвоздики понижает давление, так что отдельно, не уравновесив другими растениями, не следует назначать гипотоникам. Должны поостеречься гвоздики женщины при аменорее — длительной задержке и отсутствии менструации. Противопоказаны все виды гвоздик при беременности.

Герань луговая

Практически одинаковые лечебные свойства имеют герань лесная, герань кровяно-красная, герань болотная. Все они обладают противовоспалительным, антисептическим, вяжущим, обезболивающим, кровоостанавливающим действием. С лечебной целью используются трава, цветки, корни. Лечат ими злокачественные новообразования, переломы костей, гастриты, энтериты, заболевания верхних дыхательных путей, пищевые отравления, дизентерию, бессонницу, эпилепсию, ревматизм и подагру, стенокардию и тахикардию, воспаления слизистой оболочки полости рта и горла, ангину, анальные и генитальные свищи, гнойничковые поражения кожи. От варом травы моют голову от алопеции — сильного выпадения волос. Я не раз убеждался в способности герани растворять камни в почках и мочевом пузыре.

ШИЗОФРЕНИЯ. 2 чайные ложки герани кровяно-красной на 2 стакана кипячёной воды. Настоять 8-10 часов (ставить на ночь). Принимать по 1 столовой ложке каждые 2–3 часа (обладает способностью исправлять энергетическое поле больного, нормализуя сон, снимая раздражительность).

ПОЛИАРТРИТ, РЕВМАТИЗМ, ПОДАГРА, ОСТЕОХОНДРОЗ. Этот же настой помогает в комплексе с другими средствами разгружать зашлакованный солями организм. Курс — до улучшения. Настоем одновременно желательно делать примочки к больным суставам. Кстати, примочки с таким настоем герани кровяно-красной или луговой быстрее сращивают переломанные кости.

ПОЧЕЧНО-КАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ. 10 г (2 чайные ложки) сухих измельчённых корней залить стаканом воды, довести до кипения и на слабом огне кипятить 7–8 минут, настоять 1 час, долить кипячёной воды до первоначального объёма. Принимать по 2 столовые ложки 4–5 раз в день до еды. Ценность в том, что это средство не выталкивает, а растворяет камни.

СТЕНОКАРДИЯ. 5 столовых ложек сухой травы герани луговой залить 300 мл кипятка, настоять 2–3 часа, процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 4–5 раз в день до еды.

КРОВОХАРКАНЬЕ ЛЁГОЧНОЕ, МАТОЧНЫЕ И ГЕМОРРОИДАЛЬНЫЕ КРОВОТЕЧЕНИЯ. Чтобы быстро остановить их, надо каждые 2–3 часа принимать по 20–30 капель сока из свежей травы.

НОСОВОЕ КРОВОТЕЧЕНИЕ — вставить в ноздрю ватку, смоченную в соке травы. При отсутствии свежей травы готовят крепкий отвар из корней (1–2 столовые ложки на стакан воды, кипятить 5–7 минут). Настоять до остывания, принимать по 1–2 столовые ложки каждые 2–3 часа до остановки кровотечения.

ОНКОЛОГИЯ. При всех видах опухолей вместо воды пьют холодный настой травы: 1 столовую ложку на 2 стакана холодной кипячёной воды, настоять 8 часов, выпить в течение дня.

РАК ПРЯМОЙ КИШКИ. Смешать поровну траву герани луговой, водяного перца, цветы калины. Взять из сбора 1 столовую ложку, залить 100 мл кипятка, настоять до тёплого состояния, процедить. Влить в настой 1 чайную ложку настойки корней кровохлёбки и маленькой детской грушей ввести в задний проход. Делать после основного очищения кишечника, желательно 2–3 раза в день, но хотя бы один раз на ночь обязательно (меняя через некоторое время на другие микроклизмы).

* * *

В существующей литературе нет установленных противопоказаний к герани, но я бы не рекомендовал применять её при повышенной вязкости крови, тромбозах, тромбофлебитах, а также при атонии кишечника и старческих запорах, гастритах с высокой кислотностью.

Горец змеиный

В народе он больше известен под названиями змеевик, раковые шейки. Препараты из корней змеевика безвредны. Обычно находят применение в стоматологической практике, в виде полосканий при стоматитах, гингивитах, других воспалительных процессах в слизистой рта и дёсен. Сильное вяжущее, кровоостанавливающее и противовоспалительное действие корней используется при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, воспалении кишечника, хронических поносах, желудочных, кишечных и маточных кровотечениях. В сочетании с другими растениями я применял змеевик при раке желудка, в виде микроклизм при раке прямой кишки.

В корнях горца змеиного содержится много дубильных веществ, поэтому не рекомендуется применять их при хронических запорах. То же самое относится к препаратам из корневищ горца мясо-красного. Иногда змеевик назначают при камнях в почках и в жёлчном пузыре, но можно сильно навредить себе, если не соблюдать диету, полностью исключающую жирную, острую и копчёную пищу. Змеевик противопоказан при спастических колитах с запорами. Злоупотребление препаратами змеевика, по моему мнению, недопустимо при некоторых заболеваниях печени (ангиохолитах) и панкреатите. Горец змеиный противопоказан при ослабленной фильтрующей функции почечных клубочков и появлении в моче большого количества минеральных солей, особенно щавелевой кислоты.

Горец почечуйный

Считается ядовитым растением, то есть требует соблюдения правил применения. В отличие от горца змеиного является нежным слабительным средством, что важно при лечении геморроя. В прежние времена геморрой называли почечуем, отсюда и название пошло: почечуйная трава. Лечат ею и другие заболевания. Отвар травы используют для ванн при аллергических дерматозах, в том числе при экземе и псориазе. Делают припарки при отёках ног, а также при флюсе, ревматизме. Порошком травы или свежим соком заживляют гнойные раны.

* * *

Водный настой и экстракты горца почечуйного повышают свёртываемость крови, усиливают тонус матки, противопоказаны при беременности, тромбозах и тромбофлебитах. Горцем почечуйным нельзя пользоваться при остром воспалении почек и мочевого пузыря. Следует помнить, что он суживает сосуды и не рекомендуется для длительного применения при гипертонии, ишемической болезни сердца.

Горец птичий — спорыш

В народе спорыш очень популярен и достоин высокой похвалы при лечении язвенной болезни желудка, калькулезного холецистита и гепатохолецистита, туберкулёза и дыхательных путей, почечно-каменной болезни, ревматизма, ожирения, при нервном истощении и слабости после тяжёлых болезней. Помогает спорыш при аденоме предстательной железы. Применяется как противоопухолевое средство.

* * *

К спорышу выработалось отношение как к самой безвредной лечебной травке, не имеющей побочных проявлений. Да, спорышом лечат почки, гонят из них песок и камешки, однако следовало бы знать, что он категорически противопоказан при остром заболевании почек и мочевого пузыря. Не следует сочетать с луком и чесноком. Спорыш усиливает сокращение матки и ни в коем случае нельзя им пользоваться при беременности. Не назначать при избытке мокроты. Необходимо с осторожностью относиться к нему при варикозах, тромбофлебитах. У больных стенокардией и гипертонией может образоваться тромб. Даже при том условии, что спорыш снижает давление не резко, умеренно, всё-таки при гипотонии он не показан. Может вызвать прилив крови к лицу, диарею и расстройство желудка. И вообще это растение требует критической оценки в каждом конкретном случае.

Горечавка перекрестнолистная

Горечи, содержащиеся в корнях растения, раздражая во рту нервные окончания и рефлекторно влияя на секрецию желез желудка, возбуждают аппетит и улучшают пищеварение, устраняют упорную изжогу, что немаловажно при лечении некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта.

ДИСКИНЕЗИЯ ЖЕЛЧЕВЫВОДЯЩИХ ПУТЕЙ. 1 столовую ложку корней залить 2 стаканами холодной кипячёной воды, настаивать 8-10 часов (ставить на ночь), процедить. Принимать по полстакана за 30 минут до еды 2 раза в день.

ДИАТЕЗ ЭКССУДАТИВНЫЙ. Взять по 5 г корней горечавки, корней девясила и травы тысячелистника, залить 2 стаканами воды, после закипания кипятить 10 минут на слабом огне, затем настоять полчаса, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день в тёплом виде перед едой.

ПОТЕРЯ АППЕТИТА. Столовую ложку корней залить стаканом воды, парить в кипящей водяной бане 15 минут, настоять 1 час, процедить. Пить по 1 столовой ложке за полчаса до еды.

* * *

Противопоказанием здесь может послужить склонность к излишней полноте и ожирению. С осторожностью следует отнестись к горечавке при обострении панкреатита. Чрезвычайно сильная горечь, свойственная всем видам горечавок, способна вызвать у некоторых людей аллергическую реакцию.

Горох посевной

Имея высокую пищевую ценность благодаря богатому комплексу витаминов, минеральных солей, микроэлементов, горох интересен и как лекарственное растение. Ещё Гиппократ советовал лечить горохом заболевания сердечно-сосудистой системы, малокровие, зоб, ожирение. Отвар травы обладает сильным мочегонным действием, что немаловажно при сердечных и почечных отёках, благотворно действует на предстательную железу. Гороховая мука, если съедать в день по одной чайной ложке, отрегулирует пищеварение, поможет при хронических запорах, а у женщин устранит жёлтые пятна на лице и сделает кожу чистой, бархатной.

ГОЛОВНАЯ БОЛЬ. При частых головных болях гороховую муку принимают внутрь по 2 чайные ложки 3 раза в день до еды.

ЭКЗЕМА, ГНОЙНЫЕ РАНЫ, СИНЯКИ, УГРИ, ОСТРОЕ ВОСПАЛЕНИЕ КОЖИ. Прикладывать к этим местам кашицу из недозрелых (зелёных) семян в чистом виде или в смеси с яичным белком. По мере высыхания менять. Можно пользоваться длительно.

ФУРУНКУЛЫ, КАРБУНКУЛЫ, ТВЁРДЫЕ ВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ИНФИЛЬТРАТЫ. Гороховую муку ошпарить кипятком и сделать припарки — способствует быстрому рассасыванию.

ДЕРМАТИТ, КОРЬ. Эмалированную кастрюлю (без сколов) заполнить травой и кожурой плодов гороха, залить кипятком, дать настояться. Делать примочки на кожные высыпания, при подсыхании менять. Хорошо снимает воспалительный процесс, кожа через несколько дней начинает очищаться.

* * *

Горох у не привыкших к нему людей вызывает вздутие и урчание кишечника.

Этого можно избежать, если добавить к нему укроп. Горох не рекомендуют часто включать в меню людям пожилого возраста. Нежелательно употреблять его при холециститах. При заболеваниях подагрой горох противопоказан. Нельзя употреблять его при недостаточности кровообращения. Противопоказан горох при острых нефритах, обострении воспалительных процессов в желудке и кишечнике.

Горошек мышиный

Его химический состав не изучен. Научная медицина оставила его вне поля зрения, хотя следовало бы обратить внимание на то, что припарки из травы размягчают и рассасывают доброкачественные опухоли. В нескольких случаях мне доводилось наблюдать положительные результаты при многократном прикладывании мышиного горошка к опухшим лимфоузлам. Кстати, припарки травы хорошо помогают при выпадении прямой кишки, воспалённых геморроидальных узлах. Отвар корней пьют при вирусном гепатите. Настой и отвар травы используют как мочегонное при асците.

ВИРУСНЫЙ ГЕПАТИТ. 1 чайную ложку сухих корней мышиного горошка залить стаканом воды, довести до кипения и на слабом огне кипятить 5–6 минут. Настоять 2 часа, процедить. Принимать по четверти или трети стакана 3 раза в день.

АСЦИТ, ОТЕКИ. 2 столовые ложки измельчённой травы на 1 стакан воды, довести до кипения и на слабом огне дать слегка покипеть 5–7 минут. Настоять 1 час. Процедить. Принимать по 2 столовые ложки 1–3 раза в день.

КРОВОТЕЧЕНИЯ, КАШЕЛЬ. В том и другом случае 3 столовые ложки сухой травы залить 2 стаканами кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по полстакана 3 раза в день. Настой можно использовать на примочки как ранозаживляющее.

* * *

Нельзя назначать мышиный горошек при болезнях, связанных с нарушением солевого обмена, обезвоживанием организма (в частности, при диарее, дизентерии). Его препараты противопоказаны при атеросклерозе, склонности к ожирению.

Горчица серапетская, горчица белая и чёрная

Порошок семян всех видов горчицы используется, в основном, как столовая приправа, усиливающая выделение желудочного сока, и в виде всем известных горчичников. Исстари считалось, что горчица открывает закупорки в решётчатых костях, помогает при импотенции и полезна при «удушении матки». Существовало мнение, что если пить горчицу натощак, это обостряет сообразительность. Якобы горчица помогает при отравлении ядами, проясняет зрение. Несомненно, доля истины в этом имеется.

МИГРЕНЬ. В воду с температурой 50° добавить горсть горчицы, размешать, остудить до 38–39° и подержать в этой горчичной воде руки.

ИКОТА. Порошок горчицы смешать с уксусом в кашицу, намазать на первую треть языка. Будет сильно жечь, но чуточку надо потерпеть. Через 2 минуты прополоскать тёплой водой. Снимет любую надоедливую икоту.

ПОТЕРЯ АППЕТИТА. Съедать ежедневно по 20–30 семян свежей горчицы. Курс 20 дней.

РАК ЖЕЛУДКА, АНАЦИДНЫЙ ГАСТРИТ, КОЛИТ. Четверть чайной ложки горчицы (или семян) размешать в 1/4 стакана кипячёной воды или молока. Принимать 1 раз в день.

ВОСПАЛЕНИЕ ЛЁГКИХ, БРОНХИТ. Такой же рецепт — 1/4 чайной ложки горчицы или семян на четверть стакана воды или молока.

* * *

Мало кому известно, что использование горчицы для ножных ванн противопоказано при варикозном расширении вен, а также при сердечно-сосудистых заболеваниях, гипертонии, болезнях почек. Нельзя применять горчицу в лечебных целях при туберкулёзе лёгких, воспалении почек, при гастритах с повышенной секрецией, язве желудка и двенадцатиперстной кишки. Горчичники нельзя ставить при гнойничковых заболеваниях кожи, нейродермите, мокнущей экземе, псориазе, при лёгочном кровотечении, злокачественных новообразованиях, при астме, геморрагических инсультах.

Гравилат городской, гравилат речной

Оба вида гравилата высоко ценятся народной медициной при лечении заболеваний желудка, печени, почек и мочевого пузыря, а также целого ряда других заболеваний, когда требуется поднять общий тонус организма. Отвары корней хорошо помогают при кашле с обильной мокротой, бронхитах и бронхиальной астме, изнуряющем ночном поте. Цветки обладают антивирусной, а корни — антибактериальной активностью. За гравилатом признают противоопухолевое действие. В нескольких случаях я наблюдал положительные результаты при включении настойки корней в комплексное лечение рака желудка.

ХОЛЕЦИСТИТ. 2 чайные ложки травы или корневищ залить стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по полстакана 2–3 раза в день перед едой.

РАК ЖЕЛУДКА. 5 столовых ложек корней гравилата залить 0,5 л водки, настоять не менее 15 дней, принимать по 20–30 капель (в некоторых случаях до 1 чайной ложки) 3 раза в день через час после еды.

* * *

Гравилат практически безвреден, его молодые листочки вкусны в супах и салатах. Однако и здесь приходится учитывать, что при отдельном применении гравилат противопоказан, когда у больного очень низкие показатели кровяного давления, когда его преследуют упорные запоры. Нежелательно прибегать к помощи гравилата при тромбофлебитах и тромбозах сосудов.

Гранат

История траволечения донесла до нас любопытные сведения о гранате. Из древнегреческой мифологии узнаем, что Прозерпина не покинула Плутона лишь потому,

что он упросил её разделить с ним пополам плод граната. Отсюда пошло поверье, что гранат всегда надо делить с любимым человеком. Астрологи считают, что там, где бессильна медицина, сок граната поможет тем, кто родился под знаком Овна. Гиппократ прописывал сок граната при болях в желудке, корку плодов — при дизентерии и для заживления ран. Врачи Древнего Рима, Индии, Армении отварами корней и коры изгоняли ленточных глистов. Арабы употребляли гранат при желудочно-кишечных расстройствах и головных болях. Белые перемычки между зёрнами сушили и добавляли в чай при нервном возбуждении, тревоге, бессоннице.

В лечебных целях и поныне используются кора деревца и его корней, цветки, корка плодов, сок из зёрен.

* * *

Учитывая серьёзные противопоказания, самолечение проводить нежелательно. При лечении гранатом нельзя забывать, что плоды противопоказаны для больных с хроническими запорами, при трещинах в прямой кишке и геморрое. Запор, вызванный гранатом, при потугах и опорожнении нередко вызывает кровотечение. При превышении дозировки способны спровоцировать желудочно-кишечные кровотечения и препараты из коры граната. В коре содержатся алкалоиды, которые могут вызвать полную слепоту. Отвары коры и корней, применяемые для изгнания ленточных глистов и при костных переломах, противопоказаны при гипертонии, так как сильно повышают давление. Даже у человека с нормальным или пониженным давлением такие отвары при передозировке могут вызвать головокружение, общую слабость, рвоту, судороги, ослабление зрения. Гранат противопоказан при гепатите и остром нефрите. Сок нежелательно сочетать с другими лекарствами, особенно с антигистаминными препаратами.

Грейпфрут

Специалисты отмечают, что мякоть и сок грейпфрута обладают высокими диетическими и лечебными качествами: улучшают пищеварение, нормализуют работу печени, снижают кровяное давление, способствуют восстановлению сил и бодрости у тех, кто ослаб от долгой и изнурительной болезни. Плоды и сок грейпфрутов полезны при сердечно-сосудистых заболеваниях, истощении нервной системы, болезнях почек. Усиливая действие инсулина, грейпфрут улучшает состояние больных сахарным диабетом.

* * *

Однако грейпфрут имеет противопоказания при высокой кислотности желудочного сока, при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, колите и энтерите. Лечение грейпфрутом нельзя проводить при выраженной гипотонии. Грейпфрут противопоказан при гепатите и остром нефрите.

Грецкий орех

Древние греки называли его «праздником для мозгов» и даже «пищей богов». Высоко ценил грецкий орех Авиценна, ссылаясь на Гиппократа: «Полезен при несварении желудка, укрепляет главенствующие органы: мозг, сердце, печень; обостряет чувства, особенно если сочетать с инжиром и изюмом; целебен для пожилых людей». Сарасвати в «йоговской терапии» подметил: «Орехи содержат в пять раз больше питательных веществ, чем яйца; больше жира, чем масло; больше белка, чем мясо; но для переваривания они требуют гораздо больше гастрических соков». Для лучшего усвоения он советует размачивать орехи в воде.

У грецкого ореха лекарственным сырьём служит все: кора и корни, листья, околоплодники, как зелёные, так и зрелые орехи, даже внутриорешные перегородки и скорлупа.

ВОСПАЛЕНИЕ ЛИМФАТИЧЕСКИХ УЗЛОВ. 1 столовую ложку листьев или зелёных околоплодников залить стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Пить по 1 столовой ложке 3 раза в день вне зависимости от еды. Детям — по 1 чайной ложке тоже 3 раза в день.

ПОЛИКИСТО3Ы. 2 столовые ложки ореховых перегородок залить 1,5 стакана кипятка, кипятить 20 минут, настоять 1 час. Пить по полстакана 3 раза в день на протяжении месяца. Провериться. При необходимости через 2 недели повторить.

КИСТА ЯИЧНИКА. Скорлупки от 15–20 орехов залить 0,5 л водки, настоять 10 дней. Лечение один раз в сутки: влить 1 столовую ложку в полстакана воды и выпить утром натощак. Через месяц — проверка. Скорлупки не процеживать.

АДЕНОИДЫ. 1 столовую ложку околоплодника на 1 стакан воды, довести до кипения, снять с огня и настоять до остывания. Капать в каждую ноздрю по 6–8 капель 3–4 раза в день.

ГИПЕРТОНИЯ. Съедать ежедневно по 100 г орехов (можно с мёдом) в течение 45 дней.

ГАСТРИТ С ПОВЕШЕННОЙ КИСЛОТНОСТЬЮ. Съедать ежедневно по 7-10 грецких орехов.

ДИАБЕТ. 1 столовую ложку сухих измельчённых листьев кипятить в 2 стаканах воды в течение 15–20 минут. Принять настой в 3–4 приёма в течение дня.

УГРЕВАЯ СЫПЬ ГНОЙНОГО ХАРАКТЕРА. Смешать равные части листьев ореха, корня девясила и травы фиалки трёхцветной. 2 столовые ложки смеси залить 0,5 л кипятка, ещё кипятить 5 минут, настоять до охлаждения, процедить. Пить по полстакана 4 раза в день вне зависимости от еды.

Слишком велик перечень заболеваний, при которых приносит пользу и исцеление этот ценнейший дар природы. В данном случае в мою задачу не входит подробно разъяснять, что и при каких болезнях применяется. Зато о противопоказаниях необходимо помнить.

* * *

Грецкий орех не рекомендуется употреблять в пищу при хронических колитах и энтероколитах. Высокое содержание белка в ядрах иногда провоцирует аллергические реакции — крапивницу, сыпи — вплоть до отёка Квинке, и может вызвать аллергический стоматит, диатез. На многих примерах я убеждался в том, что грецкие орехи противопоказаны больным, страдающим экземой, нейродермитом, псориазом и некоторыми другими кожными заболеваниями. Приём даже небольшого количества орехов способствует обострению этих болезней.

Гречиха посевная

Колышется, как бы волнами перекатывается под лёгким ветерком огромное поле бело-розовой цветущей гречихи. От неё рябит в глазах, кружится голова то ли от этих волновых переливов, то ли от тончайшего цветочного аромата. Дочь, помогавшая собирать лекарство, не выдержала пекла, ушла отдохнуть в тень растущих по краю поля берёз. Я пока не сдаюсь, продолжаю срывать цветущие верхушки, наполняя корзину, мысленно прикидывая: это для Раи, это для Алины, это в запас ещё кому-нибудь.

Раю и Алину я лечил от острого лейкоза. Начиналось с Раи. Девочке пять лет. Гематологи в больнице разводят руками в отчаянии. Химиотерапию девочка не вынесла. О пересадке костного мозга и речи не может быть — очень дорого. Когда мама девочки обратилась ко мне, отказаться от безнадёжного случая духу не хватило. Начал составлять лечебные комплексы с учётом всех показателей крови, кроветворной системы, состояния селезёнки, печени, количества бластов. Описать каждый комплекс не представляется возможным, их было не менее тридцати, но чаще всего в них входили цветы гречихи, трава цветущей земляники, листья черники, трава цветущего тысячелистника (помогает при тромбоцитопении), трава и настойка корней сабельника, настойка кедровых орехов, плодов софоры, сосновый мёд с цветками сосны, специально составленный для неё противоопухолевый бальзам. И ещё десятки других растений.

Было это давно. Подрастает Алина. Заканчивает школу Рая — сердце радуется, когда я вижу её или получаю письма из далёкого северо-восточного района Башкортостана. Обе девочки здоровы — как тут не радоваться.

Гречиха помогает при целом ряде и других заболеваний. Её применяют для профилактики кровоизлияния в мозг, в сетчатку глаз (при геморрагических диатезах), при лечении скарлатины, кори, ревматизма, склерозе.

БОЛЕЗНИ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. Взять по 1 стакану гречневой крупы и очищенных грецких орехов. Перемолоть крупу, орехи измельчить и все это смешать со стаканом гречишного мёда. В течение дня дробными порциями съесть эту смесь. Можно пить воду, чай, но ничего другого в этот день не есть. Курс — 1 такой день в неделю на протяжении 2 месяцев.

АСТМА, БРОНХИТ. 2–3 столовые ложки цветков гречихи залить 0,5 л крутого кипятка, настоять в термосе полчаса, процедить. Настой принимать в горячем виде мелкими глотками по четверти стакана 4–6 раз в день. При приступах астмы — через каждый час.

АНЕМИЯ. Прокалить на сковороде гречневую крупу, чтоб не подгорела. Пропустить через кофемолку. Всыпать 2 столовые ложки в стакан тёплого кипячёного молока. Пить по стакану 3 раза в день. В течение месяца гемоглобин «подрастёт» до нормы. Варёная крупа не годится.

СКЛЕРОЗ (с гипертонией). Заваривать в кипятке 1 столовую ложку цветков гречихи, настоять 10–15 минут в тепле и пить как чай без ограничения.

* * *

Свежая трава и цветки гречихи слегка ядовиты. При высушивании их ядовитость исчезает. Во время лечения цветками гречихи всегда приходится учитывать, что нельзя их применять при повышенной свёртываемости крови. При гипотонии необходимо уравновешивать гречиху с растениями, поднимающими давление.

Груша обыкновенная

Груши издавна служили не только пищей, но и помогали бороться с некоторыми заболеваниями. Отвар груш до сих пор используют при расстройствах желудочно-кишечного тракта, а варёные и печёные плоды — при сильном кашле, удушье, туберкулёзе лёгких. Густой отвар применяют для прикладываний при сильной головной боли. Отвар груш применяют и при почечно-каменной болезни. Сок и отвары дают при диабете, и как лечебное средство для укрепления капилляров.

ПРОСТАТИТ. 1 стакан сухих измельчённых груш отварить до мягкости в 0,5 л воды, настоять 4 часа, принимать по 1/4-1/2 стакана 3–4 раза в день. Эффект поразительный, наступает через несколько дней, а длительное применение грушевого компота приводит к полному излечению.

ГРИБКОВЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ, ДЕРМАТИТ. Уникальное свойство груши — она естественный антибиотик. Молодые листья, свежие или сухие, отварить — стакан листьев залить 0,5 л кипятка, настоять на малом огне 2–3 минуты, дать остыть и прикладывать примочки к больным местам.

* * *

Все разновидности груши и любые их сорта обладают вяжущим действием, дубят стенки желудка. Их необходимо исключить из лечебного питания при желудочно-кишечных болезнях, сопровождаемых запорами.

Не рекомендуется есть груши на пустой желудок — лучше всего через полчаса после еды.

После груш нельзя пить сырую воду, есть плотную, тяжёлую пищу.

Кстати, лечебными свойствами обладает только та груша, которая имеет характерный грушевый аромат; остальные, если они без запаха, кушайте ради удовольствия, однако ни в свежем, ни в варёном, ни в печёном виде они не помогут ни при диабете, ни при заболеваниях лёгких или других болезнях.

Грушанка зонтичная, грушанка круглолистная

Все виды грушанок входят в число растений, к которым я отношусь с особой нежностью. В наших хвойных лесах обычны эти два вида, мало отличающиеся друг от друга.

Ростом чуть выше спичечного коробка, розетка из маленьких круглых трёх-четырёх листочков. Умаешься, пока собираешь, зато душа спокойна, особенно когда приходится лечить хронические заболевания почек и мочевого пузыря, болезни сердца с отёками. Самую большую ценность представляет грушанка при лечении некоторых женских болезней, в частности, воспалительных процессов в трубах, вплоть до рака молочной железы, а у мужчин — при простатите, аденоме простаты. Грушанка непременно входит в мой специально разработанный комплекс лечения рака предстательной железы. Их было несколько десятков случаев, и, тьфу-тьфу, все заканчивались благополучно. Пожалуй, это единственный вид рака, обходившийся без потерь.

Лет десять назад был тяжёлый случай, когда уговорила меня взяться за лечение отца медсестра, живущая в нашем доме. Из истории болезни: Мухаметшин Г., 1934 г. Бластома предстательной железы, стадия 4. Железа увеличена, неоднородная, содержит плотные включения (аденокарцинома высоко дифференцированная). Сопутствующее: кардиосклероз, пневмосклероз, хронический бронхит, гипертония.

В первый комплекс я включил капли борца высокого (по схеме), до еды 2 чайные ложки травы будры на стакан кипятка, в каждую порцию 1 ч. л. сока настойки почек осины. Этим запить противоопухолевый бальзам. Через полчаса после еды отвар корней лопуха: 1 столовая ложка на стакан, варить 5 минут, настоять 8 часов, пить по 1/3 стакана. В каждую порцию вливать 1 ч. л. настойки грушанки. Немного погодя выпить сок цветков боярышника (по 1 ч. л. 3 раза). Через 2 часа после еды настой травы зимолюбки (1 стол, ложку травы на стакан кипятка, настоять 2 часа, выпить в 3 приёма, в каждую порцию влить 1 ч. л. настойки девясила).

Второй комплекс, кроме постоянного борца, включал в себя настой травы буквицы с настойкой почек осины, затем отвар травы василисника с соком дурнишника, сок боярышника, настой травы очитка пурпурного с настойкой цветков сосны, дополнительно в течение дня глоточками полстакана отвара корней копытня. В третий курс были включены настой травы чины, настойка зимолюбки, настой листьев лещины, настойка почек чёрного тополя, продолжены сок дурнишника, боярышника (его пьют 3 месяца). И так больной принял 15 разных комплексов с целым рядом новых трав и соков, но дурнишник и грушанка повторялись часто. Онкомаркирование уже после восьми курсов снизилось почти до нуля.

Грушанку в народе продолжают использовать при карциноме, различных твёрдых опухолях, опухолях губ, молочной железы. Клиницистами отмечены случаи излечивания грушанкой рака молочной железы.

Полезна грушанка и при других заболеваниях: нефрите, цистите, уретрите, при воспалении желудочно-кишечного тракта, диабете, бронхите, обильной мокроте.

РАК МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. 2 чайные ложки измельченной травы залить стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1/4 стакана 3 раза в день до еды от 1 до 3 месяцев.

ТУБЕРКУЛЁЗ КИШОК. 4 столовые ложки травы залить 0,5 л водки, настоять 1 месяц, процедить. Принимать по 30–35 капель 3 раза в день. Эту же настойку принимают при воспалении предстательной железы.

* * *

Химический состав грушанки не изучен. В научной медицине не применяется. Нет никаких сведений, относящихся к противопоказаниям. Грушанка, по моим наблюдениям, слегка понижает давление. С осторожностью, в сочетании с другими травами, приходится назначать при варикозах, тромбофлебитах, повышенной вязкости крови.

Грыжник голый

Используются и другие разновидности грыжника: душистый, волосистый, многобрачный. Все они обладают сильным мочегонным действием и применяются при водянке, заболеваниях почек и мочевого пузыря, особенно когда в моче содержится много белка, гонорейном воспалении мочевыводящих путей, непроизвольном испускании мочи. Всё это относится к основной специфике грыжника. Но уже по названию растения можно судить, что оно находит применение при лечении грыжи. Некоторые целители используют грыжник при лечении артритов, подагры. Считается, что высушенное растение теряет свою целебную силу.

* * *

Грыжник в некоторой степени ядовит и не любит вольного с ним обращения. Настой травы способен влиять на формулу крови, увеличивая в ней количество лейкоцитов. Несмотря на то, что грыжник применяют при образовании камней в мочеполовой системе, я бы не советовал применять его при почечно-каменной болезни с крупными конкрементами: наблюдался случай, когда изгнанный из почки камень застрял в мочеточнике. Грыжник противопоказан при беременности.

Гулявник

Растение сорное, часто встречающееся в местах обитания человека, но почему-то люди редко обращаются к нему за помощью. А ведь его рекомендуют при болезнях дыхательных органов, особенно при туберкулёзе лёгких, охриплости голоса. Полезен пожилым людям, страдающим простудными заболеваниями. Семена гулявника оказывают слабительное действие при атонических запорах, в то время как чай из травы полезен при поносах и дизентерии. Растение обладает мочегонным действием при отёках и водянке. Настой семян пьют при болезнях сердца, тошноте. Аналогичным лечебным действием обладает гулявник струйчатый — дескурайния Софии. Методы лечения назначает фитотерапевт.

* * *

Отвар семян гулявников противопоказан при гипертонии.

Девясил британский

Этот вид девясила не изучен. Известно лишь, что он содержит эфирные масла, обладает противовоспалительным, антисептическим, мочегонным, кровоостанавливающим и потогонным действием. Он сильно отличается от своего близкого родственника — девясила высокого не только внешностью, но и лечебными свойствами. Все растение, взятое вместе с корнями, используется в народе от алкоголизма. Одна цветочная корзинка, заваренная в стакане кипятка, помогает при болезненных состояниях, вызванных поднятием тяжести. Применяется также при женских заболеваниях, глистной инвазии, золотухе.

* * *

Девясил британский противопоказан при хронических заболеваниях кишечника с атоническими запорами, при повышенной вязкости крови, женщинам — при скудных менструациях и беременности.

Девясил высокий

В отличие от других видов девясила он в представлении не нуждается. Это одно из самых популярных лекарственных растений, применяемых едва ли не от всех болезней.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Взять 200 гсухого корня, хорошо перемолоть (сначала измельчить топориком, затем в кофемолке). Полученный перемол тщательно смешать с 500 г свежего мёда. Настоять сутки. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день за 15 минут до еды.

ТУБЕРКУЛЁЗ. Приготовить 2 стакана кашицы из свежего корня, залить 0,5 л водки, настоять 10 дней. Принимать вместе с кашицей по 1 столовой ложке перед каждой едой на протяжении 2–3 месяцев.

АЛЛЕРГИЯ (холодовая, медикаментозная, пищевая). Смешать равные части девясила, солодки и корней алтея. На 2 стакана холодной воды положить 2 чайные ложки смеси, закрыть крышкой и настоять 8-10 часов (ставить на ночь). Пить по 1/3 стакана слегка подогретым, можно с мёдом.

НЕЙРОИНФЕКЦИИ. На 0,5 л воды взять по 1 столовой ложке корня девясила, травы горечавки и травы тысячелистника. Кипятить 10 минут, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 2–4 раза в день перед едой.

ГИПЕРТОНИЯ. Смешать поровну корни девясила и цветы пижмы. 1 чайную ложку залить 2 стаканами кипятка, парить 1,5 часа. Пить по полстакана 3 раза в день за 2 часа до еды.

РЕВМАТИЗМ. Смешать в равных частях корни девясила и лопуха (по весовым частям). 1 столовую ложку смеси залить 1 стаканом крутого кипятка, настоять в тепле 20 минут, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день за 20 минут до еды. Использовать настой также для согревающих компрессов. Это высокоэффективное средство при ревматизме!

СКЛЕРОЗ СТАРЧЕСКИЙ. 50 г сухого корня девясила залить 0,5 л водки, настоять 2–3 недели. Принимать по 1 чайной ложке 3–4 раза в день до еды. На курс потребуется 1–1,5 л настойки. Потом сделать перерыв и курс повторить.

КИСТА НА ПОЧКЕ. На 3 л тёплой кипячёной воды потребуются 30 г измельчённого молодого корня девясила, 2 столовые ложки сахара и 1 столовая ложка дрожжей. Закрыть, поставить на 2 дня. Пить по полстакана 3 раза в день после еды, можно и чаще. Все выпить, сделать перерыв на 20 дней и снова повторить.

ШИШКИ НА БОЛЬШИХ ПАЛЬЦАХ НОГ рассосутся, если парить в горячем запаре корней девясила 12 дней подряд. (Хорошо бы одновременно натирать настойкой бузины.)

СТОМАТИТ. 20 г корней кипятить 5 минут в 200 мл воды, настоять 4 часа в тепле. Пить по 1 столовой ложке 3–4 раза в день за полчаса до еды.

* * *

Однако и к девясилу имеются серьёзные противопоказания, к примеру, нельзя назначать его препараты людям с тяжёлыми сердечно-сосудистыми заболеваниями. Противопоказан он при заболеваниях почек.

Отвары и настои из корней девясила снижают выделение пищеварительных ферментов в желудке и вместо пользы могут нанести вред при гастритах с низкой кислотностью.

Девясил высокий, в отличие от британского, противопоказан при женских заболеваниях с чрезмерными менструациями. С осторожностью следует отнестись к нему гипотоникам.

Девясиловое вино, рекомендуемое для выздоравливающих и ослабленных людей, повышает — в противоположность отвару корней в воде — кислотность желудочного сока, его следует исключить при гиперацидном гастрите и язвенной болезни желудка в период обострения. По мнению Амирдовлата Амасиаци, «девясил уменьшает образование крови». Нельзя применять его при беременности.

Донник белый

Настой травы белого донника полезен при атеросклерозе коронарных и церебральных артерий. Применяется он и при некоторых других заболеваниях. Водочную настойку свежих цветков белого донника с положительными результатами я назначал при раке яичников. При операционном удалении яичников у женщин такая настойка восполняла дефицит необходимых организму гормонов.

* * *

Все препараты белого донника дозируются очень строго — растение ядовитое, может нанести непоправимый вред. Необходимо постоянно вести наблюдение за протромбином. Противопоказания к доннику: склонность к любым кровотечениям, а также гипотония.

Донник лекарственный

Жёлтый донник отличается от белого, по-видимому, не только цветом, но и химическим составом. Во всяком случае донник лекарственный, то есть жёлтый, в отличие от своего собрата более изучен и значительно шире применяется в народной медицине многих стран.

Препараты донника назначаются при гипертонической и ишемической болезни, атеросклерозе, тромбофлебите, повышенной свёртываемости крови, как антикоагулянт прямого действия. Настой и отвар донника народная медицина рекомендует при лечении бронхитов, бронхиальной астмы, болях в области сердца, воспалении яичников, скудных и болезненных менструациях, отёках, циститах, при бессоннице, мигрени, метеоризме, болях в почках и мочевом пузыре. Любопытно, что экстракт травы донника ускоряет регенерацию печени крыс после частичного её удаления (установлено экспериментально). В болгарской народной медицине настой донника пьют при герпесе, фурункулах и трещинах заднего прохода. Наружно траву донника прикладывают для размягчения и рассасывания разных уплотнений и фурункулов, при маститах, трещинах сосков, гидрадените, воспалении век.

АМЕНОРЕЯ (ненормальное прекращение менструаций у женщин). Смешать в равных пропорциях траву донника, золототысячника и цветков мать-и-мачехи. Залить 1 столовую ложку сбора 1 стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по одной трети стакана 6 раз в день в течение месяца (значит, на день потребуется 2 стакана настоя).

ГИПЕРТОНИЯ. Залить 1 чайную ложку травы стаканом кипячёной воды комнатной температуры. Настоять 2 часа, процедить. Пить по полстакана 2–3 раза в день.

(При высоких показателях лейкоцитов противопоказано.)

ХРОНИЧЕСКИЙ БРОНХИТ. 2 чайные ложки травы залить 2 стаканами холодной кипячёной воды, настоять 2 часа. Принимать по 1/2 стакана 2–3 раза в день.

ГЕРПЕС, ТРЕЩИНЫ ЗАДНЕГО ПРОХОДА, ФУРУНКУЛЫ. 1 столовую ложку травы залить 300 мл кипятка, настоять 2 часа. Пить в тёплом виде по полстакана 3 раза в день.

ВОСПАЛЕНИЕ ЯИЧНИКОВ. Смешать в равных частях траву донника, золототысячника, душицы обыкновенной и цветков мать-и-мачехи. 1 столовую ложку сбора залить 250 мл кипятка, настоять 2–3 часа, процедить. Принимать по 1/3 стакана 5–6 раз в день в течение 3–4 недель. При этом рекомендуется полное воздержание от половой жизни.

ГОЛОВНАЯ БОЛЬ. Положить по 1 чайной ложке травы донника и шишек хмеля в 250 мл кипятка, кипятить 5 минут, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1/4 стакана 3 раза в день перед едой.

ПАДЕНИЕ УРОВНЯ ЛЕЙКОЦИТОВ В КРОВИ. У онкологических больных после лучевой или химиотерапии резко падает число лейкоцитов в крови. В качестве дополнительного средства для их подъёма я назначаю некоторым больным настой травы донника — от 1 чайной до 1 столовой ложки травы на стакан холодной кипячёной воды, настаивать 4 часа, пить по трети стакана 2–3 раза в день в промежутках между едой. Кратковременно, до получения необходимого результата.

* * *

К доннику лекарственному надо относиться с предельной осторожностью, в особенности если он приобретён на рынке или у недобросовестных сборщиков трав. Дело в том, что при неправильном высушивании в сырую погоду, даже при незначительном появлении плесени — в нём резко возрастает количество антикоагулянта дикумарина, ценное лекарство превращается в яд, а это угрожающе понижает свёртываемость крови, приводит к гемофилии. Наступает поражение печени, открывается кровотечение из почек, могут возникнуть кровоизлияния. Вообще донник при передозировке, в большом количестве, вызывает поражение печени, даже паралич центральной нервной системы.

Противопоказаниями к применению донника лекарственного служат гипотония, беременность, пониженная свёртываемость крови, заболевания почек с гематурией. Передозировка и длительное применение вызовут головную боль, рвоту, беспокойный сон и даже паралич.

Дрок красильный

Очень ценное лекарственное растение, помогающее при всех видах желтухи, различных кожных заболеваниях и самое главное — при болезнях щитовидной железы. В народе дрок используют при водянке живота, однако при лечении асцита у онкологических больных и при циррозе печени результаты не радовали, приходилось подключать другие средства.

Экспериментальным путём установлено, что препараты дрока эффективны при стойких маточных кровотечениях. Пользуются дроком при воспалении почек и мочевого пузыря, лечении кожных заболеваний. Есть отзывы о хорошем действии настоя травы дрока с мёдом при значительной потере сил, сердечной слабости с пониженным давлением. Дрок в народе применяют при болезнях щитовидной железы (зобе, микседеме, гипотиреозе). Дрок сходен по действию с действием тиреоидина.

Пользу от дрока я чаще всего видел при лечении рака щитовидной железы. Можно было бы привести не один десяток примеров с благополучным исходом, но один случай запомнился особенно. Вместе с матерью пришел молодой красивый мужчина. Оба убитые горем. Естественно, с одной-единственной просьбой: спасите! Подруга матери — опытный онколог с большим стажем. Она в телефонном разговоре сказала мне: «Не только у нас, но и за рубежом ни один врач не взялся бы за такого больного. Он сам виноват. Отказался от операции, когда ещё можно было сделать. А сейчас… с такой формой рака… с такими метастазами… едва ли месяца два протянет, а вы хотите надежду вселить…» Разговор этот состоялся уже после встречи с больным, когда я пообещал взяться за него. У него тогда слёзы брызнули из глаз. Понять можно. Забрав двухлетнего мальчишку, любимца отца, вчера ушла жена, оставив мужа помирать. «Но я назло всем буду жить, — с жаром сказал он мне. — Только не отказывайтесь от меня, буду все ваши указания выполнять». За все мои прежние годы я никогда и никого не обещал вылечить, но и в помощи отказывал редко. Нельзя на живом человеке ставить крест. И в моей тетрадке появилась запись: «Алик М., 27 лет. Рак щитовидной железы, 4 ст., низкодифференцированный, медуллярный, с метастазами в средостение, лимфоузлы, горло». Шея у Алика была вся в твёрдых узлах, опухшая настолько, что он дышал с трудом и говорил хрипло, чуть ли не шёпотом.

Лечение мы начали в феврале 1996 года. С первых же дней постоянными сделались дрок, дурнишник, ряска, противоопухолевый бальзам, зюзник. Сначала дрок шёл каждый день в течение месяца, а затем через день на протяжении всего лечения по такому рецепту: 1 чайную ложку заварить в 34 стакана кипятка, настоять 2 часа, процедить, принимать по 2 столовые ложки 3 раза в день. Дурнишник в первый месяц дал травой: 2 чайные ложки на 2 стакана кипятка, настоять 2 часа, пить по полстакана. Зюзник сначала тоже дал травой: 1 столовая ложка на 1 стакан кипятка, настоять 2–3 часа, пить по четверти стакана 3–4 раза в день. В течение дня Алик принимал настойку марьиного корня — пиона уклоняющегося, отвар корней копытня, каплями софору японскую. И обязательными были примочки на область опухоли — сначала чистецом лесным, затем отваром коры дуба; на третий курс отвар корней кровохлёбки, на четвёртый — отвар травы донника, затем снова длительное время примочки отваром коры дуба. Упадок сил и низкое давление поддерживал родиолой розовой, затем настойкой левзеи сафлоровидной — маральим корнем. Для поддержки работы сердца давал настой травы горицвета, сок цветков боярышника, позже для улучшения состава крови сок медуницы. После пятого месячного курса опухоль с шеи исчезла; она обрела нормальную форму, лишь слева можно было прощупать небольшой узел.

Год спустя спохватились врачи. При обследовании установили 2-ю стадию, удивились, обрадовались, назначили химиотерапию — фторурацил, винкристин, циклофосфан. Лечение травами мы всё равно продолжали — как бы в дополнение, в поддержку организма. За Алика я уже был спокоен. Постепенно научил собирать все необходимые ему травы, в какое время, как сушить, как отжимать сок. Небольшими, поддерживающими комплексами он ещё продолжал лечение. Сейчас это крепкий зрелый мужчина, и мало кто знает, что было с ним более десяти лет назад.

Дрок я применял не только при пониженной, но и при повышенной функции щитовидной железы, аутоиммунном тиреоидите, и всякий раз с пользой.

Дрок относится к ядовитым растениям, требует не только строгой, но и индивидуальной дозировки. При его назначении следует учитывать, что настой травы обладает сосудосуживающим действием. Дрок противопоказан при атеросклерозе, ишемической болезни сердца, гипертонии. Нельзя пользоваться дроком при беременности.

Дуб обыкновенный

В медицине чаще всего используется кора дуба. Её снимают весной во время сокодвижения с молодых тонких веточек. Грубая кора для лечения не годится. Деревья должны быть не старше 15–20 лет. В коре старых деревьев содержание дубильных веществ значительно уменьшается.

В народной медицине отвар коры дуба применяется внутрь при дизентерии, поносах, желудочно-кишечных кровотечениях, обильных менструациях, при отравлении грибами, солями меди, при заболеваниях печени, селезёнки. Наружно в виде полосканий при ангине, для полоскания горла и дёсен, в виде спринцеваний при трихомонадных кольпитах, в комплексе лечения ожогов, отморожений, пролежней, геморроя, кожных заболеваний, сопровождающихся обильной экссудацией, при повышенной потливости ног. Остановлюсь на малоизвестных рецептах.

РАК МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. Готовить отвар из расчёта 1 столовая ложка коры на стакан сырой воды, настоять 10–12 часов, затем вскипятить, дать остыть и вскипятить снова, настоять 3–4 часа. Делать компрессы на грудь утром и вечером по 2 часа, утеплив грудь.

РАК ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. Точно таким же отваром коры дуба делать примочки на область щитовидной железы.

ГРЫЖА. Приготовить смесь из равных частей измельчённых листьев, желудей и коры дуба. 1 столовую ложку залить 1 стаканом красного виноградного вина, варить 10 минут на слабом огне, процедить. Из настоя делать компрессы на грыжу.

ГЛАУКОМА. Заготовить золу от сожжённых дубовых дров. Зола отлично стабилизирует внутриглазное, а также внутричерепное и артериальное давление. Надо всыпать 4 столовые ложки золы в 1 л кипятка, настоять сутки, процедить и пить по 3 столовые ложки 3 раза в день за полчаса до еды. Курс 1/4 дней, перерыв 5 дней, затем повторить ещё раз.

БЕЛИ (из старинных рецептов). Высушить 9 желудей, истолочь в порошок и разделить его на 18 частей. Принимать 9 дней — одну утром, другую на ночь, запивая мятным чаем.

ДИАБЕТ. Высушенные жёлуди истолочь в порошок. Принимать по 1 чайной ложке 3 раза в день перед едой.

ВЫПАДЕНИЕ ПРЯМОЙ КИШКИ. Полезны сидячие ванны из расчёта 4–5 столовых ложек на 0,5 л воды. Отварить 10 минут, отфильтровать и сидеть в отваре 20–30 минут.

НЕЙРОДЕРМИТ АТОПИЧЕСКИЙ, ДЕТСКАЯ ЭКЗЕМА. Особенно ценны ванны из дубовой коры: 250 г сухой коры залить 1,5 л холодной воды, довести до кипения, варить 10 минут, процедить и влить в ванну. Принимать 20 минут. Мылом не пользоваться.

* * *

Внутрь отвар коры дуба нельзя назначать при кишечных заболеваниях с упорными запорами, при геморрое. Не рекомендуется длительный приём отвара даже при прямых показаниях к нему — желудочно-кишечных кровотечениях, колитах с поносами и др. При длительном полоскании рта отваром дубовой коры ухудшается обоняние.

Дубовник пурпуровый

Обитатель светлых лесов и кустарников, иногда выходит и на скалистые места. Настой травы улучшает пищеварение. Помогает при болях в желудке и кишечнике, изжоге, метеоризме, отрыжке, песке в жёлчном пузыре, ревматических болях в суставах, кожных сыпях. Применяют для ванн, компрессов и спринцеваний при геморрое, женских болезнях.

* * *

Дубровник не следует назначать при хронических запорах. Противопоказан при беременности.

Дурман обыкновенный

Ценность растения прежде всего как спазмолитического средства при бронхиальной астме, спастических состояниях органов брюшной полости, сердечно-сосудистых заболеваниях — атриовентрикулярной блокаде, брадикардии. Трудно найти ему замену при лечении таких недугов, как частичное выпадение матки и толстой кишки — здесь это радикальное средство. Дурманом лечат нимфоманию и приапизм (сильная беспричинная эрекция, возникающая без необходимости и причиняющая страдания). Отвар цветков пьют при эпилепсии, грудной жабе.

* * *

Дурман вполне оправдывает своё название: масло из семян, если втирать в виски, вызывает причудливые видения и галлюцинации, одурманивает сознание. Растение ядовитое. Назначать его препараты может только опытный фитотерапевт или гомеопат. Дурман противопоказан при глаукоме, так как повышает внутриглазное давление. Нельзя пользоваться им при беременности.

Дурнишник обыкновенный

Его химический состав пока изучен недостаточно. Считается ядовитым растением, но, несмотря на это, находит широкое применение в народной медицине. Без дурнишника, например, я не возьмусь лечить заболевания щитовидной железы. Без него, в особенности без сока из свежей травы, не обойтись при лечении злокачественных опухолей. Дурнишник прекрасно проявляет свои способности при почечно-каменной болезни, любых кожных заболеваниях. Сок свежей травы применяется при спазмах в горле, при лечении ангины, бронхиальной астмы, геморроя, абсцессов в горле, при детской крапивнице. Дурнишник полезен при нефрите. Настой травы оказывает благоприятное действие на функцию мужских половых органов.

ПОЧЕЧНО-КАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ. Заваривать из расчёта 1 столовая сушёной травы на стакан кипятка, настоять до охлаждения и пить по полстакана 2–3 раза в день до еды. Курс лечения 2 недели.

ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА. При всех заболеваниях железы заваривать в 0,5 л кипятка 1–2 столовые ложки травы, настаивать в термосе 2 часа. Это суточная доза, используется с успехом в народе.

РАК ЛЁГКИХ, ЖЕЛУДКА, ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ, КОЖИ. В 1 л кипятка заварить 3 столовые ложки травы, настоять 2 часа. Принимать по 1 стакану 2–3 раза в день в тёплом виде как чай. Летом в этих же целях отжимают из цветущей травы (до образования шишек) сок. Смешать пополам с водкой и настоять сутки. Принимать от 30 капель до 1 чайной ложки 3 раза в день до еды (или в промежутках между едой). Иногда дозу увеличивают индивидуально до 1 столовой ложки на прием. Легче пить, если растворить с водой — на треть или половину стакана.

НЕЙРОДЕРМИТ, ЭКЗЕМА, МИКОЗ, РОЗОВЫЕ УГРИ. Растереть свежие листья и прикладывать к поражённым участкам кожи несколько раз в день (летнее лечение).

* * *

За многие годы работы с дурнишником я не наблюдал каких-либо серьёзных противопоказаний к нему. Надо только в точности соблюдать назначаемые дозировки. От дурнишника следует отказаться при обострении язвенной болезни желудка и кишечника. При упорных запорах не применять отвары корней и семян. У некоторых людей отвар травы, применяемый наружно, вызывает жжение, особенно при грибковых поражениях кожи. В этих случаях необходимо подбирать индивидуальную дозировку.

Душистый колосок

В народной медицине используется как лёгкое седативное, обезболивающее, мочегонное и противорвотное средство. Отвар или настой травы назначают при туберкулёзе лёгких, приступах удушья, болях в любой части тела, бессоннице, головной боли, тошноте и рвоте.

* * *

Душистый колосок противопоказан при склонности к любым кровотечениям.

Душица обыкновенная

По признанию научной медицины, душица эффективна как седативное средство при неврозах, бессоннице, головной боли, а также при гастритах со сниженной секреторной деятельностью, дискинезиях желчных путей, холециститах. Используют её как потогонное и отхаркивающее средство при бронхитах, пневмониях, бронхоэктатической болезни, острых респираторных заболеваниях, фарингитах, тонзиллитах. В народной медицине применение более широкое. К перечисленным показаниям добавляются заболевания печени, болезненные менструации и их задержка, плохое настроение и даже нарушения психики.

РАССЕЯННЫЙ СКЛЕРОЗ, ДИЭНЦЕФАЛЬНЫЕ ПАРОКСИЗМЫ. 10 г травы (или 2–3 чайные ложки) залить 300 мл кипятка, настоять 1 час, процедить. Пить по 100 мл 3 раза в день за 15 минут до еды. Это же средство помогает при ЭПИЛЕПСИИ.

ГЕРИАТРИЯ (старость). Сухая трава душицы заваривается как чай. Принимать по 1 стакану 2 раза в день.

КАТАРАКТА. Душица препятствует её развитию. Настой (1 ч. л. на стакан кипятка) пьют по 1/3 стакана 2–3 раза в день.

ВНУТРИЧЕРЕПНОЙ ГИПЕРТЕНЗИОННЫЙ СИНДРОМ В ДЕТСКОМ ВОЗРАСТЕ (последствия закрытых черепно-мозговых травм, при гидроцефалии и вегетативных пароксизмах с потерей сознания эпилептоидного характера). Заварить 1 чайную ложку травы в стакане кипятка — эта доза на 2–3 дня для ребёнка 7-10 лет (поить по столовой ложке несколько раз в день, настой хранить в прохладном месте или готовить свежий). В более старшем возрасте заваривают 1 десертную ложку в стакане кипятка, доза на 1–2 дня. Последняя доза во всех случаях — за полчаса до сна. Обычно дети хорошо переносят лечение.

ГОЛОВНАЯ БОЛЬ. 1 столовую ложку травы залить 250 мл кипятка, дать покипеть 2–3 минуты, остудить до тёплого состояния и этим отваром вымыть голову, стараясь побольше смочить кожу головы и корни волос, закутать голову платком и подержать так полчаса. Помогает даже при мигрени.

* * *

Из-за огромной популярности этого растения можно наблюдать малоприятные результаты вольного с ним обращения. Ладно, если кто-то отделается временной головной болью, переусердствовав с очень приятным на вкус чаем из душицы. Всё-таки не надо забывать, что нельзя принимать лекарства бесконтрольно. Нежелательно пользоваться душицей при хроническом гастрите с повышенной кислотностью, язве желудка и двенадцатиперстной кишки, при гипертонии, тяжёлых заболеваниях сердечно-сосудистой системы. Душица категорически противопоказана при беременности.

Дымянка аптечная

Она очень полезна для ослабленных больных, особенно после тяжёлых инфекционных заболеваний и большой потери крови. Настой травы и свежевыжатый сок укрепляют общий тонус организма, повышают аппетит, благоприятно влияют на работу сердца. В народной медицине дымянку применяют при отсутствии аппетита, атонии кишечника, при хронических женских болезнях, желтухе, геморрое, почечно-каменной болезни, воспалении мочевого пузыря.

* * *

Дымянка противопоказана при гипертонических кризах. Не стоит увлекаться ею при гастритах с повышенной кислотностью, при заболеваниях сердца, сопровождаемых тахикардией. Противопоказана она и при беременности.

Дыня обыкновенная

Трудно перечислить все лечебные возможности дыни: она исцеляет от малокровия, подагры, мочекаменной болезни, показана при всех заболеваниях сердечно-сосудистой системы, кишечника, печени, утоляет жажду, успокаивающе действует на нервную систему, способствует выведению холестерина из организма, обладает мочегонным и желчегонным эффектом. При лечении дыней — не эпизодическом употреблении в пищу, а именно лечении — накануне надо питаться только овощными блюдами, отказаться от мяса и кисломолочных продуктов.

ПОЧЕЧНО-КАМЕННАЯ, МОЧЕКАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ. 1 стакан измельчённых семян дыни настоять ночь в 3 л тёплой кипячёной воды и пить как воду, без ограничения — это даёт быстрый и положительный результат. Семена хорошо просушить, но не мыть. Хранить в стеклянной банке.

Высушенные семечки дыни, измельчив в кофемолке, принимают по чайной ложке 3–4 раза в день при импотенции и для лечения предстательной железы.

* * *

Правда, дыня не всегда идёт впрок, если не знать негативных её сторон. Авиценна предупреждал: «Дыню следует есть после другой пищи, ибо если она не следует за чем-нибудь другим, то вызовет тошноту и рвоту… Когда дыня портится в желудке, то приобретает ядовитое естество. Поэтому необходимо, если она обременяет желудок, быстро её удалить, и лучше всего, чтобы человека вырвало с помощью любого средства». Да, нельзя есть дыню на голодный желудок — неприятные последствия на себе испытаны ещё в молодости из-за элементарной безграмотности. Но не стоит накидываться на неё и сразу после обеда — лучше через полтора-два часа после еды. К этому можно добавить, что дыню нельзя сочетать со спиртными напитками, с мёдом; нельзя запивать холодной водой, из-за реальной возможности заполучить вздутие кишечника, колики и тяжёлый понос. Дыня противопоказана кормящим матерям — у ребёнка могут возникнуть изнуряющие диспепсические явления.

От дыни необходимо отказаться при диабете, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки в период обострения, при расстройствах кишечника.

Дягиль лекарственный

На приготовление лекарств идут корни, листья, семена дягиля. Его принимают при истощении нервной системы, острой и хронической невралгии, ревматизме, подагре, люмбаго, при остром и хроническом ларингите, бронхите, бронхиальной астме, хроническом гастрите с секреторной недостаточностью, хроническом колите. Чай из любых частей дягиля выводит яды из крови при интоксикации. Один зонтик высушенных цветков дягиля, принимаемый каждое утро в виде порошка с небольшим количеством виноградного вина, предохраняет от эпилепсии.

Настойку свежих корней на водке малыми дозами я включал в лечебный комплекс при раке пищевода, желудка, поджелудочной железы, злокачественных опухолях сигмовидной и прямой кишки.

ПАНКРЕАТИТ. В стакане кипятка заваривают 10 г сушёной травы дягиля, на слабом огне кипятить 5 минут. Настаивать 2 часа. Процедить. Принимать по 50 мл 3–4 раза в день.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Отвар готовить из расчёта 3 столовые ложки корней на стакан кипятка, дать слегка покипеть 30 минут, настоять 10 минут, процедить. Принимать по полстакана в горячем виде 2–3 раза в день после еды.

ЭПИЛЕПСИЯ, НЕРВНОЕ ИСТОЩЕНИЕ. В стакане кипятка настоять 3 столовые ложки корней (лучше всего парить в кипящей водяной бане 30 минут, а для более быстрого приготовления слегка прокипятить 4–5 минут). Принимать по полстакана 2–3 раза в день после еды. Обладает тонизирующим и укрепляющим действием.

РЕВМАТИЗМ, ПОДАГРА, МЫШЕЧНЫЕ БОЛИ. Точно так же готовить отвар и пить после еды.

ЗАБОЛЕВАНИЯ ПОЧЕК, МОЧЕВОГО ПУЗЫРЯ, КОЛИКИ И ВЗДУТИЕ ЖИВОТА. Истолочь в порошок корни и принимать по 0,5 г 3 раза в день перед едой, запивая водой.

* * *

Препараты дягиля повышают свёртываемость крови, поэтому не следует назначать их при тромбозах, после инфаркта. Не показан дягиль при гиперацидных гастритах. Не советуют применять его при половой слабости.

При сборе дягиль иногда путают с дудником лесным. При всей внешней схожести отличить их можно: у дудника корни жёсткие, деревянистые, с неприятным запахом, в то время как у дягиля ароматны как свежие, так и высушенные корни. Дудник лесной в лекарственном отношении значительно уступает дягилю.

Ель обыкновенная

Молодые верхушки веток, незрелые шишки и хвоя часто применяются в быту при заболевании верхних дыхательных путей, бронхиальной астме, заболеваниях почек и мочевого пузыря, а в виде ванн при болях в суставах различного происхождения.

ВОДЯНКА. 30 г измельчённых молодых побегов отварить в 1 л молока и пить 3 раза в день равными порциями.

ПОЛИПЫ МАТКИ. 1 столовую ложку измельчённой хвои, собранной в сентябре, залить стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Подсластив мёдом, пить по полстакана 3 раза в день до еды.

ТУБЕРКУЛЁЗ, АСТМА, ВОСПАЛЕНИЕ ЛЁГКИХ, БРОНХИТ. Молодые побеги весной (до 15 мая) сложить в банку слоями с 1,5 кг сахара. Утром перемешать, перевязать банку тряпочкой и 10 дней подержать на подоконнике, на солнце. Хвоя поднимется вверх, сок останется внизу. На 11-й день слить. Принимать по 2 столовые ложки по утрам.

ВЫВОД СОЛИ ИЗ ОРГАНИЗМА. С вечера залить шишку ели стаканом кипятка. Утром половину настоя выпить, шишку выбросить. Оставшиеся полстакана выпить на следующее утро. На 30 дней — 15 шишек. Перерыв 10 дней. И ещё повторить курс 2 раза.

ГОЛОВНЫЕ БОЛИ (сильные, хронические), ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТЬ К ИНСУЛЬТУ И ПАРАЛИЧУ, БОЛИ В ЖЕЛУДКЕ ИЗ-ЗА ПЛОХОГО ПИЩЕВАРЕНИЯ, ПЕСОК В ПОЧКАХ, ХРОНИЧЕСКИЙ КАШЕЛЬ, ЧАСТЫЕ ОБМОРОКИ, РАССТРОЙСТВО НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ, ВОДЯНКА ОРГАНИЗМА, БОЛЕЗНИ ЛЁГКИХ излечиваются ежедневным употреблением в виде чая измельчённых зелёных шишек ели.

* * *

При использовании настоев еловой хвои внутрь не надо забывать, что это может вызвать воспаление пищеварительного тракта. Ель противопоказана при таких заболеваниях почек, как нефриты и нефрозы.

Желтушник левкойный

Желтушник левкойный, как и другие родственные виды — серый, прямой, желтушник Маршалла — содержат сердечные гликозиды, которые по действию на организм аналогичны строфантину, обладают сильной биологической активностью. Их применяют при самой строгой дозировке как средство неотложной помощи при резких органических изменениях сердца и сосудов, остром миокардите, эндокардите, кардиосклерозе и сильном атеросклерозе.

Сушат траву быстро, при температуре около 50°, хранят не более полугода. Находит она применение не только при сердечных болезнях.

ВОДЯНКА. 1 столовую ложку сухой травы залить 100 мл водки, настоять 1 неделю. Принимать по 10 капель 3 раза в день до еды, на ложке воды.

РАК МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ, ГНОЙНЫЕ ОПУХОЛИ. Наружно — примочки из отвара листьев или семян желтушника левкойного. Одновременно 1 чайную ложку травы заварить 2,5 стаканами кипятка, настоять 2 часа, принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день до еды.

* * *

Противопоказаниями к желтушнику могут послужить гломерулонефрит и некоторые другие заболевания почек. Желтушник противопоказан при атриовентрикулярной блокаде, параксизмальной тахикардии, остановке предсердий, нарушении цветового зрения.

Живокость высокая

Растение действительно высокое — до 2 метров высоты с кистью красивых густо-синих цветков — издалека видать, да вот только редко увидишь. К сожалению, нечасто встречается.

В медицине — таблетки, порошки, ампулы — применяют при болезни Паркинсона, постэнцефалитном паркинсонизме, арахноэнцефалите, арахноидите, рассеянном склерозе.

Растение очень ядовитое. Я включаю его в лечебные комплексы лишь при крайней необходимости — приметастазах злокачественных опухолей в кость, при саркоме, остеомиелите.

Я не стал выделять в отдельную главку живокость сетчатоплодную — в ней много общего с живокостью высокой.

Чтобы больные, стремящиеся получить облегчение любым путём, не занимались экспериментами на себе, я считаю своим долгом привести в пример хотя бы несколько рецептов, лишь напомню ещё раз, что дозировку ни в коем случае нельзя нарушать.

ОНКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ (в случае химиотерапии). 1 столовую ложку сухой травы живокости высокой залить 1 л кипятка, настоять 1 час, обязательно процедить. Принимать по полстакана 4–5 раз в день.

РАССЕЯННЫЙ СКЛЕРОЗ. 1 чайную ложку травы живокости сетчатоплодной залить 3 стаканами кипятка, настоять 8 часов в тёплом месте (разумеется, при закрытой крышке), процедить. Принимать по 1/3-1/2 стакана 3–4 раза в день вне зависимости от еды.

* * *

Живокость высокая противопоказана при миопатии, миастении и других заболеваниях с понижением мышечного тонуса, тяжёлых нарушениях функции печени и почек, при декомпенсации сердечной деятельности.

Живокость полевая

За этим растением я охочусь каждый год, в буквальном смысле охочусь, как ружейные охотники пробегают десятки километров, гоняясь за каким-либо зверем или лесной птицей. Растение это кочующее, однолетнее, и годами на одном месте не сидит, как сидят многие другие травы. Как-то, направляясь в пойменные луга к устью Кармасана, я углядел в бескрайнем поле ржи голубые огоньки цветков. Конечно, это могли быть цикорий или другие растения, но всё-таки решил проверить находку и пошёл от дороги в глубь поля. И не ошибся — цвела живокость полевая. Да и было её столько, что за день не собрать. На следующее лето направился сюда же и… ни одного цветка не нашёл. Не только на этом поле, но и во всей округе. Лишь случайно обнаружил в другом районе, за сотню километров отсюда. Только тогда душа успокоилась. Я не привык уходить на зиму, не имея приличного запаса полевой живокости, помогавшей мне справиться с многими болезнями.

Настой травы этого вида применяется в народе при воспалении лёгких, плеврите, головной боли, женских заболеваниях, язвенной болезни желудка, склерозе, расстройстве нервной системы, глаукоме, эпилепсии, главное — при всех заболеваниях мочеполовой системы (почки, мочевой пузырь, мочевыводящие каналы и т. д.). При гнойном воспалении глаз из настоя делают примочки, при зубной боли и болезнях ротоглотки полощут рот. Растение, как и все живокости, ядовитое, все содержащиеся в нём алкалоиды обладают курареподобным действием, но полевая считается наименее токсичной, поэтому и находит более широкое применение.

Живокость полевая применяется при раке и, что ценно, при раке почек.

Забира С. из г. Стерлитамака в Республиканском онкодиспансере даже лечить не стали. И никакого другого лечения не предложили. Сказали прямо: «Дома вам лучше будет. Поживёте какое-то время, уж сколько суждено. Все родные будут рядом. А в больнице последнего слова сказать некому». Дали первую группу инвалидности и, как полагается, справку «на симптоматическое лечение».

Прямо из диспансера, узнав в редакции адрес, Забир с женой приехали ко мне. Всякие справки на руках, результаты обследований. А там чёрным по белому указаны и стадия и метастазы. Даже сам размер опухоли правой почки говорил сам за себя: 136x86 мм. На левой почке чуть поменьше: 109x72 мм. Плотные, неподвижные. Поговорили спокойно, решили так: будь что будет. Попытаемся хотя бы приостановить болезнь.

Невозможно здесь привести все составленные для него лечебные комплексы, они включали в себя обширный противоопухолевый арсенал травяных настоек, настоев, соков, почечных противоопухолевых бальзамов. Хочу отметить только, что на первых порах здорово помогли живокость полевая, болиголов по схеме, борец высокий на примочки, очиток пурпурный как настоем травы, так и спиртовой на стойкой, княжик сибирский, золотая розга, дурнишник, грушанка, подмаренник, цветки и корни хмеля, трава и сок будры, два вида противоопухолевого, противометастатического бальзама, корни кубышки. Через год, когда пришло время перекомиссии по инвалидности, врачи смотрели на Забира как на выходца с того света. И через два, и через три года вынуждены были оставлять ему первую группу инвалидности. Дело в том, что опухоли оставались почти в тех же размерах, и не вязались с болезнью здоровый цвет кожи, упитанность, румянец на щеках. Забиру было 43 года, когда мы начали лечение, а тут уже до юбилейных пятидесяти рукой было подать.

Мне он сказал: «Я знаю, что болезнь смертельная. Вот только бы дочку выдать замуж, тогда и помирать можно». Это ещё в самом начале было. Года два спустя выдал дочку замуж. Потом как о самом сокровенном говорит: «Эх, повидать бы внука или внучку — величайший подарок был бы от всевышнего». Пришло время, и со счастливой улыбкой он убаюкивал на руках внучку.

После врачебного приговора прожил он девять лет. И умер от инфаркта — здесь уж я ничем помочь не мог.

Почему я рассказываю это? По сути, рассказываю не о Забире, а о наших башкирских травах, восхищаясь, как они иногда могут невозможное сделать возможным. Рассказываю о живокости полевой, которая помогала мне лечить и рак почек, и рак мочевого пузыря, и другие опухоли в области малого таза. Когда очень удачно, а иногда хоть ненадолго облегчая жизнь обречённого человека. Ведь избавить человека от мук, вернуть ему хоть ненадолго вкус к жизни, даже по мере возможности смягчить ему уход из жизни — это хотя и забирает твои душевные силы, но обогащает душу ещё больше.

Поэтому и в книге я стараюсь дать не дежурные, а проверенные, приносящие пользу рецепты, заодно стараюсь предостеречь от возможных неприятностей, которые могут доставить человеку одни и те же лекарственные растения.

РАК ПЕЧЕНИ, ПОЧЕК. 2 столовые ложки сухой травы залить 1 л кипятка, поставить посуду в кипящую водяную баню, парить 15 минут, дать остыть в течение часа, процедить. Пить по 1/3 стакана 3 раза в день за час до еды или через час после еды.

ВОСПАЛЕНИЕ ЛЁГКИХ. 1 чайную ложку травы залить 2 стаканами кипятка, настоять 8-10 часов в тёплом месте, процедить. Принимать по 1/3-1/4 стакана 4 раза в день после еды.

ПАНКРЕАТИТ. 1 столовую ложку сушёной травы залить 1 л кипятка, настаивать 1 час, процедить. Принимать по 1/3-1/4 стакана 3–4 раза в день.

РАССЕЯННЫЙ СКЛЕРОЗ. 1 чайную ложку травы залить 2 стаканами кипятка, настаивать 8 часов в тёплом месте (но не в термосе), процедить. Принимать по 1/3 стакана 3–4 раза в день.

* * *

При обращении с живокостью полевой важно соблюсти дозировку. Нежелательно применять живокость при гипотонии, при ослаблении мышечного тонуса, при миастении. При астме проверить индивидуально, не возникает ли одышка. Как ядовитое растение, нежелательно применять живокость полевую при беременности.

Жостер слабительный

Кустарник из семейства крушиновых. В качестве нежного слабительного используются высушенные плоды — чёрные, похожие на черёмуху.

В народной медицине используются не только плоды, но и кора, корни, листья, ветви.

Настойка коры применяется в акушерско-гинекологической практике, в качестве слабительного при геморрое, трещинах прямой кишки, атонических и спастических запорах, в послеоперационный и климактерический период.

Отвар и настой коры в народе применяют при отёках сердечного и почечного происхождения, базедовой болезни, гельминтозах, подагре, климактерических расстройствах, особенно при тахикардии, головокружении, депрессии, зуде и мигрени, при холангите, гепатите.

Плоды можно есть и свежими по 10–15 штук утром натощак. Экспериментально установлено, что семена активны при лейкемии.

Отвар коры, плодов применяют при гастрите, асците, кожных сыпях, фурункулёзе, пиодермии, анемии. Плоды являются быстродействующим антигельминтным средством, употребляются при лихорадке. Плоды настаивают на водке и натираются при ревматизме. Отвар из ветвей используют при язвенной болезни желудка, наружно такой отвар используют в качестве компресса на раны.

Жостер слабительный — старинное русское средство против рака, использовалось ещё в XVI веке.

АРТРИТ. 100 г плодов залить 0,5 л водки, настоять 12 дней. Натирать больные суставы 2 раза в день. Никакого вреда, кроме пользы.

ПОДАГРА. 1 столовую ложку плодов залить стаканом кипятка, кипятить ещё 3 минуты, настаивать в закрытой посуде 2 часа, процедить. Принимать по полстакана на ночь. Перерывы делать по своему усмотрению.

ВЗДУТИЕ ЖИВОТА. 1 столовую ложку плодов залить 300 мл кипятка, настоять 8 часов, принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день или один раз 1/2 стакана на ночь перед сном.

МЕТОФИЗМ. 10 г плодов измельчить, залить 300 мл воды, кипятить 5–6 минут, настаивать 2 часа. Принимать по полстакана 2–3 раза в день.

* * *

Зелёные незрелые плоды ядовиты. Приём в большом количестве даже зрелых плодов может вызвать рвоту, воспаление желудочно-кишечного тракта. Жостер вообще противопоказан при воспалительных процессах желудочно-кишечного тракта. Нельзя назначать его детям.

Заманиха высокая

Дальневосточное растение, но его корни и корневища и медицинские препараты из них можно приобрести по переписке или купить готовую настойку в аптеке.

Заманиха с давних пор популярна как тонизирующее средство. Настойку заманихи назначают при физическом и нервном утомлении, усталости, пониженной работоспособности, половом бессилии, сердечной недостаточности, гипотонии, при депрессивных и астенических состояниях, сахарном диабете 1-й стадии.

При астенических состояниях после приёма настойки заманихи у больных уменьшается головная боль, боль в области сердца, снижается раздражительность, улучшается сон.

В медицине отмечены положительные результаты у больных вялотекущей шизофренией, при депрессии. После приёма заманихи больные становятся активнее, охотно вступают в контакт с окружающими, появляется интерес к событиям и людям.

Положительные результаты приносит заманиха при астенических синдромах у беременных, рожениц послепатологических родов, при депрессивных и астенических состояниях в климактерическом периоде.

* * *

Препараты из корневищ заманихи малотоксичны. При длительном использовании возможны крапивница и проявление других кожных осложнений. Заманиха противопоказана при гипертонической болезни, нарушении сердечной деятельности, бессоннице, склеротическом изменении сосудов головного мозга, при лихорадочных состояниях, эпилепсии, гиперкинезах.

Зверобой продырявленный

Нет, наверное, такой болезни, которую не пытались бы лечить зверобоем. Я не стану перечислять все болезни наподобие отсутствия аппетита, дурного запаха изо рта или ангины. Зверобой имеет и малоизвестные стороны. То, что зверобоем пользуются при лечении туберкулёза лёгких (даже с кровохарканьем), слышали многие знатоки лекарственных растений, но то, что корнями зверобоя пользуются при туберкулёзе костей, знают лишь некоторые специалисты. Зверобой применяется при опухолях печени и желудка, злокачественных поражениях кожи.

Лучше всего зверобой помогает при заболеваниях органов пищеварения — гастритах, колитах, язве желудка и двенадцатиперстной кишки, различных поносах, а также при болезнях печени и желчного пузыря, циститах, женских заболеваниях, при маточных кровотечениях. При сердечно-сосудистых заболеваниях укрепляет сердечную мышцу, помогает при эндокардите, миокардите. Положительно влияет зверобой при невралгиях, параличах, эпилепсии, как успокоительное при истощении нервной системы, его вспомогательное действие можно ощутить при простатите, импотенции.

Сок из свежей травы содержит в полтора раза больше полезных веществ, чем настойка.

Ценные лечебные силы таятся в зверобойном масле. В обычных рецептах рекомендуется свежую траву (100 г на 600 мл растительного масла) кипятить 30 минут. Я готовлю его проще: свежими цветущими верхушками наполняю стеклянную банку по самые плечики и заливаю оливковым маслом, а при его отсутствии — растительным маслом холодного отжима (масло обязательно должно быть холодного отжима). Траву прижимаю — она не должна высовываться над поверхностью масла, иначе появится плесень, чего ни в коем случае нельзя допускать. Пользоваться можно уже через 3–4 недели, но процеживаю обычно через 2–3 месяца.

Для спиртовой настойки заполняю травой с цветками половину трёхлитровой банки, доверху заливаю водкой, закрываю банку крышкой и ставлю в тёмное место. Каждый день встряхиваю. Настаиваю не меньше месяца.

НЕЙРОРЕВМАТИЗМ. Принимать по 50 капель настойки 3 раза в день, запивая настоем травы буквицы (или капая в полстакана настоя) за полчаса до еды 3 раза в день. Траву через пару недель можно сменить на другую, поочерёдно делая настой из травы вероники, герани луговой, подмаренника, сабельника, таволги.

КОПЧИК, АНУС. При болях в копчике и анусе применить сидячие ванночки с отваром семян зверобоя (совет Авиценны). Отваривать из расчёта 1 столовая ложка семян на пол-литра воды, кипятить 5 минут.

ТРАВМА ГОЛОВЫ. Принимать по 1 чайной ложке зверобойного масла 2–3 раза в день незадолго до еды.

АДЕНОИДЫ. Измельчить в порошок траву зверобоя, просеять. К 1 части порошка добавить 4 части сливочного масла. На каждую чайную ложку этой смеси добавить по 5 капель сока чистотела и встряхивать, пока не получится эмульсия. Закапывать 3–4 раза в день в каждую ноздрю.

АЛКОГОЛИЗМ. 2 столовые ложки сухой травы зверобоя залить 250 мл кипятка, посуду поставить в водяную баню, парить 20–30 минут. После остывания процедить. Принимать по 2 столовые ложки 2 раза в день перед завтраком и обедом. Курс — 2 недели. Регулярный приём отвара вызывает отвращение к алкоголю. Средство не радикальное, однако, если поможет хотя бы двоим из десяти, имеет смысл провести такое лечение.

ТАБАКОКУРЕНИЕ. Для курильщиков 8 столовых ложек сухой травы заливают 0,5 л водки, настаивают 10 дней. Дают (на воде) по 40–50 капель 3 раза в день после еды.

ВИТИЛИГО. Это один из дополнительных рецептов (допустим, одновременно с ряской и другими травами). Полторы чайные ложки сухого зверобоя залить стаканом кипятка, закрыть крышкой, настоять 1 час. Выпить за день в 2–3 приёма. В то же самое время можно смазывать белые пятна зверобойным маслом.

ТРОФИЧЕСКИЕ ЯЗВЫ. Постоянно прикладывать тампоны со зверобойным маслом. Зафиксировать бинтом, держать можно длительно.

РАК МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. Ежедневно делать на 20–30 минут примочки с водочной настойкой зверобоя, 2–3 раза в день.

РАК КОЖИ. На поражённые участки делать аппликации со зверобойным маслом как можно чаще.

* * *

При всей своей популярности зверобой далеко не безобиден. Им нельзя долго пользоваться при гипертонии. Он противопоказан при беременности. Амирдовлат указывал, что зверобой «вреден для почек. Его вредное действие устраняет мята. Семена вызывают выкидыш».

Даже у здоровых людей крепко заваренный чай из зверобоя может вызвать симптомы острого гастрита, а у страдающих гиперацидным гастритом или язвенной болезнью желудка от передозировки могут возникнуть сильные спазмы и боли в кишечнике.

Злоупотребление зверобоем может вызвать головную боль, так называемую «кривошею» — ригидность затылка, тошноту, рвоту.

Одновременно со зверобоем нельзя применять аминокислоты, триктофан и тирозин, амфетамины, астматикам — пользоваться ингаляторами.

Не сочетаются со зверобоем пиво, кофе, вино, шоколад, копчёные или маринованные продукты, йогурты. Нельзя сочетать с лекарствами от сенной лихорадки, с каплями для носа, исключаются наркотики.

Препараты зверобоя нельзя принимать при повышенной температуре. Длительное пользование снижает половую потенцию, может вызвать крапивницу.

Зверобой повышает чувствительность кожи к ультрафиолетовым лучам, поэтому после приёма чая или настоя из травы необходимо воздерживаться от загара, не находиться на солнце. При нарушении этого правила зверобой может спровоцировать солнечные ожоги кожи, даже тяжёлые дерматиты. Особенно тяжело они протекают у блондинов и у людей с нежной кожей, плохо воспринимающей загар.

Земляника лесная

Заготавливают ягоды, листья, корни только дикорастущей земляники. Свежие ягоды и сок успешно применяются при гипохромной анемии, склерозе сосудов, гипертонии, мочекаменной и желчно-каменной болезнях, подагре. В литературе любят упоминать случай о том, как знаменитый ботаник Карл Линней полностью излечился от мучительной подагры, употребляя ягоды земляники. Ягодами и листьями лечат язву желудка и двенадцатиперстной кишки, болезни печени, селезёнки, инфекционную желтуху, неврастению, бронхиальную астму. Полезна земляника при туберкулёзе лёгких, при сахарном диабете. Отвар всего растения вместе с ягодами и корнями пьют при фиброме матки, настой цветков — при болезнях сердца. Ягоды и листья применяются при изнуряющих ночных потах. Наружно земляникой лечат кровоточащие и гнойные раны, язвы, ангину, ларингиты.

Разумеется, здесь перечислены не все болезни, при которых требуется лечение земляникой.

РАК КРОВИ (белокровие). Существует стандартный рецепт, когда 50 г травы земляники заливают 1 л холодной воды, настаивают всю ночь, утром кипятят 5–7 минут и настаивают в термосе ещё 4–6 часов. Затем всю дозу принимают в течение дня мелкими глотками.

Я применял траву при лейкозах не в отдельности, как в приведённом выше рецепте, а в комплексе с другими средствами. Допустим, заваривал листья земляники 1–2 чайные ложки в стакане кипятка на дневную норму, но в каждые принимаемые 1/3 стакана вливал 1 чайную ложку противоопухолевого бальзама, в других случаях настойку кедра, либо сок медуницы (это кроме других 3–4 назначений, из которых составлялся очередной полный комплекс).

АЛЛЕРГИЯ. Как ни странно земляника, сама вызывающая порой аллергию, если нет противопоказания к ней, неплохо лечит аллергию, в чём я не раз убеждался. Для этого 1 столовую ложку листьев настаивают полчаса в стакане кипятка. Пьют по четверти стакана 3–4 раза в день.

КРАСНЫЙ ПЛОСКИЙ ЛИШАИ. Готовить отвар из расчёта 2 чайные ложки на стакан, то есть 8-10 чайных ложек травы земляники на 800 мл воды, кипятить на слабом огне 5 минут. Пить по 1 стакану 4 раза в день в тёплом виде (при отсутствии противопоказаний к приёму большого количества воды). Если отвар действует слабо, дозировку можно увеличить до 1 столовой ложки травы на стакан воды.

МИОКАРДИТ. 3–4 кустика лесной земляники с корнями заварить в фарфоровом чайнике и пить как чай с сахаром. Курс 1 месяц.

СЕРДЕЧНАЯ АСТМА. При удушье хорошо помогает такой отвар: 1 столовую ложку листьев залить 2 стаканами воды, довести до кипения и уварить наполовину. Оставшийся стакан отвара принимать по 1 столовой ложке каждые 2 часа.

* * *

У некоторых людей, которых и аллергиками не назовёшь, не только от приёма внутрь, но при виде и запахе земляники возникают крапивница, кожный зуд, отеки — идиосинкразия. При появлении этих симптомов надо натереть тело соком лука или, если имеются, принять эфедрин, раствор хлористого кальция.

Препараты земляники нельзя принимать при беременности. Противопоказаны они при повышенной секреции желудочного сока, длительных почечных и печёночных коликах, аппендиците.

Некоторые люди, наевшись ягод земляники натощак, ощущают тошноту и боли в животе. Её лучше всего употреблять через полчаса после еды, смягчая свежей сметаной или сливками.

Землянику не переносят открытая язва двенадцатиперстной кишки, хронический гастродуоденит, дискинезия желчных путей.

Обострение может наступить при панкреатите.

Зимолюбка зонтичная

Обитательница соснового леса, часто соседствующая с грушанкой, она и ростом не превосходит её. Экземпляр выше 20 сантиметров — это уже гигант. Идёшь в лесу по мягкой хвойной подстилке, смотришь по сторонам — не очень-то часто бросаются в глаза её тёмно-зелёные зонтики кожистых узеньких листьев. Сплошных зарослей она не образует, вот и приходится преодолевать расстояние от одного растения к другому, постоянно наклоняясь, чтобы аккуратно срезать, не повредив корневище. Однообразная, утомительная, но не лишённая азарта работа. Наберёшь за день корзиночку — и счастлив. При некоторых болезнях без зимолюбки как без рук, а придёт зима — нигде не достанешь: ни в аптеке, ни у травников. Даже в справочниках она редко упоминается.

Ценится зимолюбка при альбуминурии, гематурии, нефрите и других заболеваниях почек, задержке мочеиспускания, гонорее, хроническом гонорейном уретрите и вообще при воспалительном сужении уретры, для дезинфекции мочевых путей. Применяется также при туберкулёзе лёгких и туберкулёзе кишечника, язве желудка, диабете, хронических простатитах, задержке месячных, хронических колитах и энтероколитах.

Особенно нужна бывает зимолюбка при карциноме (форма рака) и различных твёрдых опухолях — губ, гланд, молочной железы. В литературе отмечены случаи полного излечения рака молочной железы.

Зимолюбка — прекрасное тонизирующее средство, особенно при чрезмерном физическом утомлении.

ПРОСТАТИТ. Чайную ложку измельчённой травы залить стаканом холодной воды, довести до кипения и на слабом огне подержать 5 минут. Настоять 2 часа, процедить. Принимать по 2 столовые ложки 3–4 раза в день, предпочтительно до еды.

РАК. 1 полную столовую ложку измельчённой травы на стакан воды, кипятить на слабом огне 5–7 минут, процедить. Принимать по 1/4 стакана 3 раза в день до еды или через 2 часа после еды. При раке губы, щеки, молочной железы или других наружных опухолях — делать примочки, несколько раз в день держать можно долго.

РАК КИШЕЧНИКА. Готовить так же, только увеличить количество травы до 2 столовых ложек на стакан и принимать по 1/3 стакана 3 раза в день до еды.

Во всех этих случаях можно обойтись и без кипячения — 2 столовые ложки травы заливать 2 стаканами кипятка, настаивать 2–3 часа и пить по четверти стакана 3 раза в день (особенно при раке молочной железы).

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ, КИШЕЧНИКА. 5 столовых ложек сухой травы зимолюбки залить 0,5 л водки, настоять 2–3 недели (я настаиваю не меньше месяца). Принимать по 30–35 капель в рюмке воды 3 раза в день за 20 минут до еды.

УРЕТРИТ, НЕФРИТ (и другие заболевания почек и мочевых путей). Готовить водный настой из расчёта 1 полная чайная ложка травы на стакан кипятка, настоять 3–4 часа, принимать по 1/3 стакана 3 раза в день до еды. Или принимать настойку по 30–35 капель (иногда до 1 чайной ложки) 3 раза в день незадолго до еды.

ФИЗИЧЕСКАЯ УСТАЛОСТЬ. Заваривать как чай: 1 чайную ложку на стакан кипятка, настоять 20–30 минут и выпить горячим, подсластив мёдом или сахаром.

ДИАБЕТ. 2 чайные ложки травы на стакан кипятка, настоять 2 часа, выпить дробными порциями в течение дня.

ОТЕКИ, АСЦИТ. Готовить настой, как для почек, принять утром сразу весь стакан в тёплом виде. Через несколько дней — это индивидуально — дозу можно увеличить до 2 стаканов в день, второй принимая перед обедом.

Кстати, зимолюбка способствует выведению из организма азотистых и хлористых солей.

* * *

Ссылок на противопоказания нигде нет. На мой взгляд, зимолюбку не следует употреблять при геморрое, сопровождаемом запорами. Очень осторожным надо быть при сгущении крови, склонности к тромбообразованию.

Золотарник обыкновенный— золотая розга

Это растение широко применяется в народной медицине многих стран, особенно при пиелонефритах, как мочегонное средство при отёках. Золотарник способствует растворению камней в почках и мочевом пузыре. Настой травы дают пить при высоком содержании белка в моче. Наружно применяют при переломах костей, кожном туберкулёзе, гнойных ранах и язвах.

ПЕРЕЛОМ КОСТЕЙ, ГНОЙНЫЕ РАНЫ, ЯЗВЫ, ПОРЕЗЫ. Намочить водочной настойкой марлевый тампон или чистую тряпицу и сделать примочку. Держать можно долго, но при сильном покраснении примочку снять и обработать это место зверобойным маслом (можно так же сделать масляную примочку). Настойку я готовлю из расчёта 5–6 столовых ложек травы с цветками на 0,5 л водки. Убрать в тёмное место, ежедневно встряхивать. Настаиваю не меньше 4–5 недель.

НЕФРИТ (хронический). 2 столовые ложки измельчённой травы (грубые стебли отбрасываются) залить 0,5 л воды, довести до кипения, на слабом огне отварить 10 минут, настоять 1 час, процедить. Принимать по 100 мл 4 раза в день за 20–30 минут до еды.

ПОЧКИ (воспаление), ФОСФАТОТУРИЯ, МОЧЕКИСЛЫЙ ДИАТЕЗ. 2 столовые ложки травы залить 2 стаканами кипятка, закрыть крышкой и настоять 4–6 часов. Принимать по 1/4-1/2 стакана 4 раза в день до еды, можно с мёдом.

АДЕНОМА ПРОСТАТЫ. 2 чайные ложки травы залить 1 стаканом холодной кипячёной воды, настоять 4 часа. Принимать по 1/4 стакана перед каждым приёмом пищи.

КОЖНЫЙ ТУБЕРКУЛЁЗ, КОЖНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ РАЗНОГО РОДА. Сухие соцветия золотой розги растереть в порошок, растереть их со сливками и втирать в поражённую часть кожи. Кстати, порошком цветков засыпают незаживающие раны, и они быстро стягиваются плёночкой, ведущей к заживлению.

ЗАЩЕМЛЕНИЕ ЦЕНТРАЛЬНОГО НЕРВА. При аварии мужчине так защемило центральный нерв, что он едва мог передвигаться даже с костылями. Не было мочи терпеть боль. На консилиуме врачи пришли к выводу, что надо удалять ногу. Но родственники сначала решили испытать народное средство. Взяли 3–4 ветки золотой розги (верхушки размером 15–20 сантиметров), добавили 3 грамма корня буквицы, залили в термосе 1 л кипятка (термос закрыли через 5–6 минут). Настояли 3–4 часа. Давали пить по полстакана 3 раза в день перед едой. Кончится настой — готовили свежий. А через пару недель человеку стало лучше. О костылях и думать забыл.

* * *

Золотарник считается ядовитым растением, назначается строго выверенными дозами. Золотая розга, казалось бы, полезная при хронических почечных заболеваниях, может причинить вред при острых заболеваниях почек и мочевого пузыря.

Нельзя пользоваться ею при гломерулонефрите. Золотая розга противопоказана также при беременности.

Золототысячник зонтичный

В народе золототысячник ценят как средство для повышения аппетита, улучшения пищеварения, при отрыжке, изжоге, метеоризме. Применяют траву при заболеваниях печени, мочевого пузыря, сахарном диабете, малокровии, маточных кровотечениях, заболеваниях сердца. В сочетании с другими травами рекомендуют для лечения алкоголизма.

АЛКОГОЛИЗМ. Смешать 1 часть полыни обыкновенной (чернобыльника) и 4 части травы золототысячника. 1 столовую ложку смеси залить 1 стаканом кипятка, закрыть крышкой и настоять 1 час, пить по 1 столовой ложке 3 раза в день за 30 минут до еды. Вкус очень горький. Сказать, что это поможет сразу, было бы наивно. Знаю всего несколько случаев, когда помогло, люди тогда сами хотели избавиться от постыдного порока. Но пробовать надо, может, из нескольких десятков рецептов хоть один окажется действенным. Только терпение надо проявить.

ИШЕМИЧЕСКАЯ БОЛЕЗНЬ СЕРДЦА. 1 столовую ложку травы залить 0,5 л кипятка, настоять в тепле 1 час. Выпить в течение дня равными порциями. Курс 2–3 недели.

ГЕЛЬМИНТОЗ. Столовую ложку травы залить половиной стакана водки, закрыть, настоять 2 недели, ежедневно встряхивая. Принимать по 15–20 капель на столовой ложке воды за 20–30 минут до еды. Исследованиями установлено, что алкалоид генцианин, содержащийся в растении, обладает выраженным противоглистным действием.

ГЕПАТИТ (хронический). 1 столовую ложку измельчённой травы настоять 1 час в 1 л кипячёной прохладной воды, процедить. Принимать по полстакана, слегка подогрев, за час до еды 3 раза в день.

ДИАБЕТ. Сделать настойку из расчёта 1 чайная ложка травы золототысячника на 50 мл водки, настоять 7-10 дней, процедить. Принимать по 20–30 капель 3 раза в день за 15 минут до еды. Не постоянно, а через 3–4 недели чередовать с другими средствами.

* * *

Противопоказаний к золототысячнику пока не установлено, разве что можно вспомнить слова Авиценны о том, что золототысячник, принятый в чрезмерном количестве, послабляет кровью. Во всяком случае, учитывая мнение мудрого целителя, нельзя назначать его препараты при желудочно-кишечных заболеваниях со склонностью к жидкому стулу. Противопоказан золототысячник, по моему мнению, и при гастритах с высокой кислотностью, язве желудка и двенадцатиперстной кишки.

Предостережение для полных людей — вызывает зверский аппетит.

Зопник клубненосный

В тех случаях, когда человек не знает, какая у него кислотность желудочного сока, зопник спокойно можно назначать при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, гипоцидных и гиперацидных гастритах, так как он обладает уникальным свойством приводить кислотность в норму при любом отклонении в ту или иную сторону, а содержащиеся в нём противовоспалительные и заживляющие вещества излечат болезнь за полторадва месяца. Кроме того, зопник неплохо проявляет себя при лечении пневмонии, бронхита, туберкулёза лёгких, простудных заболеваний, при женских болезнях, судорогах у детей. Точно такие же показания имеет зопник колючий.

ГАСТРИТЫ ГИПЕРАЦИДНЫЙ И ГИПОЦИДНЫЙ. 1 столовую ложку травы положить в 0,5 л воды, довести до кипения, варить на слабом огне 10 минут, затем настоять 30 минут, процедить. Принимать по полстакана за 30–40 минут до еды без перерывов в течение 2 месяцев. Любопытно, что у больных с гиперацидным гастритом, то есть при высокой кислотности желудочного сока, уже через несколько дней отпадает необходимость принимать от изжоги соду.

ТИРЕОТОКСИКОЗ С ПОРАЖЕНИЕМ СЕРДЦА. 1 чайную ложку травы залить стаканом кипятка, настоять 2 часа. Принимать по четверти стакана 4 раза в день, предпочтительно за полчаса до еды.

ГЕМОРРОЙ. 2 столовые ложки травы залить 0,5 л кипятка, настоять в закрытой посуде 2 часа, процедить. Принимать по полстакана 3–4 раза в день.

БРОНХИТ. 5 столовых ложек травы зопника настоять в 0,5 л водки 8-10 дней, ежедневно встряхивая (все спиртовые настойки положено встряхивать для лучшего экстрагирования). Процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день, запивая водой или настоем травы (буквицы, будры, корней девясила и др.). Кто не может воспринимать спиртное, тот может растворить эту 1 столовую ложку в половине стакана воды или в травяном настое. Увы, лекарство есть лекарство, приходится терпеть. Или подбирать для себя другие рецепты.

ЯЗВА ЖЕЛУДКА И ДВЕНАДЦАТИПЕРСТНОЙ КИШКИ. В этом случае необходим комплекс из нескольких средств. До еды, натощак я обычно назначаю 1 чайную ложку зверобойного масла (иногда смешиваю его с маслом из цветков тысячелистника в соотношении 8–9 частей зверобойного и 2–1 части тысячелистника). Затем больной принимает отвар травы зопника, куда в каждую принимаемую дозу вливается желудочный бальзам — он составляется индивидуально, с учётом состояния печени, почек, поджелудочной железы, щитовидной железы и пр. — нет единого образца, иначе бы я его здесь описал полностью. Дать его дам, а вдруг у человека диабет, гипертония, склонность к кровотечениям или, напротив, сгущение крови. Не зная организма человека, так ведь и навредить можно. Поэтому я включал в полный комплекс и другие травы. Скажу лишь, от язвы желудка, даже пептической язвы, через пару месяцев и следа не оставалось. Но даже вдвоём зверобойное масло и отвар зопника способны справиться с язвенной болезнью желудка — и таких случаев было немало.

* * *

Противопоказаний известно мало. Не следует назначать зопник при повышенной свёртываемости крови, атонических запорах, гипертонии.

Зюзник европейский

При заболеваниях щитовидной железы, тиреотоксикозе с учащённым сердцебиением, связанных с этой болезнью неврозах и других расстройствах нервной системы, я наблюдал превосходное действие настоев и спиртовых настоек травы зюзника. Полезен зюзник при эндокардитах, беспричинном чувстве страха и бессоннице. Настой травы принимают также при болях в желудке, туберкулёзе лёгких, при различных кровотечениях.

Зюзник называют по-разному: и лесной конопелью, и крапчаткой, и — откуда только это взялось! — волчьей ногой, волчьей лапой. Водяная шандра — это уже поближе будет. Для меня она — водяная крапива. Любит сырые места, иной раз прямо из мелкой водички растёт, а внешним обликом в самом деле похожа на крапиву. Листья у неё, как у двудомной крапивы, только они не жгучие и над каждым листом мутовка с мелкими белыми цветочками. Издали увидишь — растение будто нежной белой гирляндой украшено.

Люблю я это растение и за красоту, и за целебную силу. На неё в последнее время все чаще стали обращать внимание не только травники, но и официальная медицина.

Настой травы — прекрасное средство при тяжёлых приступах сердцебиения и нарушениях ритма сердца (экстрасистолии). В народе применяется при простом и кровавом поносе, неврозах, отёках, маточных кровотечениях, гипертонии, фурункулёзе, тиреотоксикозе с поражением сердца.

ТАХИКАРДИЯ. Возникает как следствие гипертиреоза (распознается по дрожанию закрытых век). Здесь эффективна спиртовая настойка. Обычно я беру чуть больше трети банки травы и доверху заливаю водкой. Настаиваю 3–4 недели. Средство безвредное, но очень чувствительным и слабым больным бывает достаточно 5 капель 3 раза в день, другим — по 20 капель.

БАЗЕДОВА БОЛЕЗНЬ (повышенная деятельность щитовидной железы) с наклонностью к учащённому сердцебиению, возбуждённому состоянию, беспокойству, бессоннице. В этих случаях принимать по 25–30 капель настойки 3 раза в день до еды. Можно, если нет настойки, принимать по 2–3 грамма порошка листьев зюзника 3 раза в день, запивая водой.

* * *

Из противопоказаний к зюзнику известно, что его постоянное и неумеренное применение может отрицательно подействовать на поджелудочную железу и спровоцировать развитие сахарного диабета. Нельзя увлекаться зюзником при гипотонии.

Ива белая

Более привычное её название — ветла. Одинаковое применение в одном ряду с ней имеют ива ломкая, ива пурпурная, ива русская. А вообще, ив существует более сотни видов.

Ива лечит людей корой, листьями, соцветиями, и возможно, не только этим. В последнее время серьёзно начинают говорить о целом ряде деревьев как источнике биоэнергии. На Украине иву называют печаль-деревом, которое не только сочувствует боли и хвори человека, но ещё и «отбирает» все это у больного, облегчая его состояние, особенно если такое единение с ивой сопровождается специальным заговором. Во время сокодвижения берётся кора с 3-4-годичных веток. Только надо помнить, что нельзя рубить, срывать кору с ивы, которая растёт у самого края водоёма. Корни дерева уходят до самого водоносного слоя, и если больно ранить иву, вода «уходит», пропадает.

Иву применяют в народе при различных неврозах, невралгии, ревматизме, подагре, простудных заболеваниях, малярии, гастритах, воспалительных заболеваниях кишечника, желтухе, заболеваниях печени и селезёнки (в периоды, когда они насыщены большими дозами токсинов), воспалении мочевыводящих путей. Отвар из коры ивы благотворно влияет на больных плевритами, хроническими колитами, а настой сухих цветков — при тахикардии, экстрасистолах. Мазь из порошка коры лечит раны, язвы. Отваром коры полощут рот при ангине, стоматите, гингивите, пародонтозе, моют голову при выпадении волос (подключая корни лопуха). Ванны из коры рекомендуют при варикозном расширении вен.

О пользе ивы я могу рассказать и с помощью некоторых рецептов.

ПРОСТАТИТ. 2 столовые ложки мелко нарезанных тонких веток ивы белой залить стаканом кипятка, закрыть крышкой и на слабом огне покипятить ещё 5 минут. После остывания процедить. Пить по полстакана 3 раза в день. Курс — 1 месяц. Если излечение не наступило, перейти на другие отвары (коры осины или лещины, либо подобрать другой рецепт, усилив настойкой грушанки, зимолюбки или дурнишника).

АДНЕКСИТ. 2 столовые ложки коры на 1 л воды, довести до кипения и на слабом огне кипятить 30 минут. Настоять полчаса, процедить. Пить по 1/3 стакана 5–6 раз в день. Обычный курс 5–6 дней, но может продлиться и до месяца.

ЗОБ. Молодые побеги, предпочтительно ивы корзиночной, сжечь, собрать угли (не золу!), растереть в порошок и смешать с двойным количеством мёда. Принимать по 50 г 3 раза в день за 20 минут до еды пока не надоест, потом перейти к другому виду лечения. (Имеется в виду тиреотоксикоз.)

ТРОМБОФЛЕБИТ, ВАРИКОЗНОЕ РАСШИРЕНИЕ ВЕН. На ведро воды кладут 250 г коры ивы, доводят до кипения и тихонько варят 15 минут. Остудить до температуры 37 °C и делать тёплые ножные ванны в течение 30 минут, после чего дать ногам отдых, желательно надеть плотные или резиновые чулки. Желательно делать это до стойкого улучшения.

ТАХИКАРДИЯ, АРИТМИЯ. Сердце меня подвело ещё в молодости. Поэтому я пользовался разными растениями и благодаря им шагнул за седьмой десяток. Как-то ранней весной вышел я на сбор коры и вдруг увидел пышно цветущую иву пурпурную. От этакой красоты дух захватило. Дай, думаю, прихвачу немного цветков на лекарство. Подошёл к деревцу, мысленно попросил у него прощения: мол, не для забавы беру, а для больных людей. Собрал свежие мужские соцветия, в тот же день залил их водкой. Требуется, примерно, 100 г цветков на 0,5 л водки. Я, конечно, побольше сделал, с запасом. Настоял месяц, процедил. А тут одному человеку лекарство потребовалось: замучили его и тахикардия, и аритмия. Дал ему бутылку настойки и велел пить ежедневно по 30–35 капель 3–4 раза в день перед едой на ложке воды. Уж как потом он был мне благодарен. Если от таблеток печень болела, да и толку от них было мало, а тут он через месяц помолодел даже, ещё попросил на следующий курс. А я-то что: не меня, а ивушку благодарить надо.

ГИНЕКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ, КРОВОТЕЧЕНИЯ. При всех гинекологических заболеваниях, особенно с кровотечениями, помогает следующее: 1 столовую ложку истолчённой коры надо залить стаканом кипятка, настаивать 5–6 часов, желательно в термосе. Пить по столовой ложке через полчаса после еды 3 раза в день. А при обильных маточных кровотечениях — 6–7 раз в день, тоже по столовой ложке.

ОНЕМЕНИЕ ПАЛЬЦЕВ, а также БОЛИ В ОБЛАСТИ ШЕИ, РАДИКУЛИТ. Здесь требуется всего 1 чайная ложка мелко нарезанной коры ивы на 1 стакан кипятка. Закрыть крышкой и настоять до охлаждения. Принимать по 1 столовой ложке 4–5 раз в день.

ПОТЛИВОСТЬ РУК. Чайную ложку порошка коры ивы размешать в 2 стаканах холодной кипячёной воды, настоять 8 часов. Держать кисти рук в таком настое 5-10 минут несколько раз в день — до полного исчезновения этой хоть маленькой, но неприятности.

ГИПОТОНИЯ. 1 столовую ложку коры заварить 2 стаканами кипятка, настоять в термосе 6 часов. Выпить в 3 приёма за 20–30 минут до еды — как тонизирующее средство при артериальной гипотензии.

* * *

Существуют ещё не просто интересные, но и действенные рецепты от головной боли на нервной почве, при васкулитах, нейродермитах — вплоть до сведения бородавок, но я и так перебрал отпущенный мне лимит. Ведь ещё предстоит сказать, что ива может стать и явным недругом. Например, не все заболевания сердца можно лечить её цветками — они противопоказаны при брадикардии. Отвары коры при запорах ещё больше закрепляют желудок. Нежелательно пить отвары коры не только при гастритах с высокой кислотностью, но и при язве желудка и двенадцатиперстной кишки.

Ещё одно важное замечание: препараты ивы белой нельзя давать детям до шестнадцати лет при простудах, гриппе и других вирусных инфекциях, так как применение салицилатов (а ива ими богата) может вызвать потенциально смертельное заболевание — синдром Рейе (развитие у ребёнка энцефалита в сочетании с недостаточностью печени с частым смертельным исходом. Вообще детям до 12 лет Не рекомендуется назначать аспирин).

Противопоказано сочетать иву с маслом зимолюбки. Нельзя применять одновременно с аспирином. Следует знать и то, что салицилаты истощают запасы витамина С — его необходимо активно восполнять при лечении препаратами ивы.

Инжир — смоковница

Мало кто знает, что инжир — близкий родственник комнатного фикуса. Смоковница часто упоминается в Библии. И ещё с тех незапамятных времён плоды использовали в лечебных целях. Для сведения: белый инжир не обладает никакими лечебными свойствами, можно употреблять только для удовольствия. Чёрный инжир — целебный, его и применяют в лечении. Современная наука тоже признает, что инжир особенно целителен при тромбоэмболических заболеваниях, предупреждает образование тромбов, избавляет от склеротических бляшек с внутренних стенок средних и крупных кровеносных сосудов, расширяет и увеличивает количество работающих капилляров в головном мозге. Замечено, что очень полезны плоды инжира для работников творческих профессий — поэтов, писателей, журналистов, композиторов, художников, коммерсантов и бизнесменов. Эфирные масла, содержащиеся в плодах, «разгоняют кровь», насыщая её кислородом. Желательно съедать, как лекарство, один плод в день в течение месяца, затем сделать перерыв.

В народной медицине инжир применяют для улучшения состава крови, при воспалении гортани, трахеи, бронхов, при болезни почек и мочевыводящих путей, при мочекаменной болезни.

Инжир незаменим в лечении сердечно-сосудистых заболеваний (при тахикардии, боли в груди, в области сердца). Ещё Авиценна указывал, что «смоковница полезна при всех заболеваниях сердца и сосудов, бронхиальной астме, сердцебиении».

Большое содержание в плодах железа и солей калия, магния, фосфора делает инжир полезным при анемии. Одно из достоинств инжира ещё в том, что для пожилых людей это настоящий эликсир молодости. Современная наука обнаружила в составе инжира фицин, который очищает от бляшек кровеносные сосуды, делает их эластичными.

БРОНХИТ, БРОНХОЭКТАТИЧЕСКАЯ БОЛЕЗНЬ, ТРАХЕИТ. Положить в стакан тёплого молока 4–5 штук плодов инжира, размять и растереть их. Принимать по полстакана 2–4 раза в день обязательно в тёплом виде.

МОЧЕКАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ, БОЛИ ПРИ МОЧЕИСПУСКАНИИ. Залить 1 стаканом кипятка 3–5 штук инжира. 5 минут варить на самом слабом огне, затем размять и растереть. Принимать дробно в течение дня в промежутках между едой (водный раствор инжира дробит камни и в измельчённом виде удаляет их из почек и мочевого пузыря).

* * *

Впрочем и противопоказаний у инжира много. Во время лечения необходимо вести контроль за содержанием сахара в моче и в крови. Инжир противопоказан при сахарном диабете, панкреатите. Нельзя назначать его при острых воспалительных заболеваниях кишечника, особенно энтеритах, и вообще при воспалительных заболеваниях пищеварительной системы. Запрет на инжир распространяется и при подагре, при склонности к образованию камней из-за нарушения в организме обмена щавелевой кислоты (в инжире много щавелевой кислоты).

Инжир противопоказан при тучности, ожирении, так как способствует увеличению массы тела. Авиценна предупреждал: «Инжир вызывает большое отложение жира… Сухой инжир вследствие своей сладости вреден при опухолях печени и селезёнки».

Ирис-касатик

Его корневища под названием «фиалкового корня» были очень популярны в восточной медицине. В медицинской практике и поныне используются как дикорастущие, так и культивируемые декоративные ирисы (германский, флорентийский и др.), причём не только корневища, но и листья, цветки, семена. Отвар семян пьют при инфекционном гепатите, порошком из семян посыпают кровоточащие раны. У ириса вильчатого отвар корней или травы назначают при воспалении и опухоли горла, воспалении миндалин, опухолях в печени, гепатите, болях в желудке и мастите. Отвар корней ириса тонколистого рекомендуют при беспокойстве плода в утробе матери, меноррагиях, а отвар из семян — при кровавой рвоте, кровотечениях из носа, маточных кровотечениях, остром эпидемическом гепатите, туберкулёзе кости, затруднённом мочеиспускании, грыже. В гомеопатии ирис бледный применяют при воспалении поджелудочной и слюнной желез, при вегетативных неврозах.

ГЕПАТИТ (острый эпидемический). 7–9 г семян касатика тонколистого (синие или светло-голубые цветки) залить стаканом кипятка, на слабом огне дать покипеть 5 минут, настоять 2–3 часа, процедить. Принимать по 1/3-1/2 стакана 2–3 раза в день через час после еды.

ТУБЕРКУЛЁЗ КОСТИ. Четверть чайной ложки семян касатика тонколистого (можно и другие виды ириса) залить 1,5 стаканами холодной воды, довести до кипения, варить на самом тихом огне 10 минут, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1/3 стакана 3 раза в день, предпочтительно за полчаса до еды.

ОПУХОЛЬ ГОРЛА, ОПУХОЛЬ ПЕЧЕНИ, ВОСПАЛЕНИЕ МИНДАЛИН, МАСТИТ. 3 грамма корня касатика вильчатого (цветки жёлтые с пурпурным пятнышком) залить стаканом кипятка, дать слегка покипеть 3–5 минут, 1 час настоять, процедить. Принимать по полстакана 3–4 раза в день. (То есть готовить надо на день 2 стакана.)

* * *

О химическом составе ириса нет никаких сведений. Нет и никаких упоминаний о противопоказаниях. Лишь сильное кровоостанавливающее действие растения, в особенности семян, наталкивает на предположение, что препараты из голубого и других ирисов нежелательно применять при высокой свёртываемости крови.

Иссоп лекарственный

Растение южное, но культивируется и прекрасно выживает в средних широтах, в садах и огородах. Иссоп ценится при заболеваниях дыхательных путей, простуде, кашле, бронхите, астме. Применяют иссоп при хронических заболеваниях желудочно-кишечного тракта, анемии. Иссоп уменьшает чрезмерную потливость, особенно у больных туберкулёзом лёгких и у женщин в период климакса. При сильных ушибах из настоя травы делают примочки для рассасывания кровоподтёков и подкожных кровоизлияний. Обнаружено противоаллергическое действие иссопа.

АСТМА. Имеется несколько достоверных сведений о полном излечении астмы иссопом. Горсть измельчённой травы надо залить 1 л кипятка в термос (крышку закрыть не сразу, а через 5–6 минут). Настоять 1 час, процедить. Влить обратно в термос. Пить по 1 стакану в горячем виде за 20 минут до еды. Курс 1 месяц без перерыва.

УДУШЬЕ, ОДЫШКА (у пожилых людей), ШУМ В УШАХ. Истереть в порошок листья иссопа и поровну смешать с мёдом (стакан порошка на стакан мёда). Принимать по 1 чайной ложке 3 раза в день до еды, запивая водой.

КЛИМАКС (у женщин), ОБИЛЬНОЕ ПОТЕНИЕ. Заваривать из расчёта 1 чайная ложка на стакан кипятка, настоять 2 часа. Принимать по полстакана 3–4 раза в день незадолго до еды (полезно также при плохом пищеварении, воспалительных процессах желудочно-кишечного тракта.

ГИПОТОНИЯ, НЕВРОЗ, АНЕМИЯ. 2 чайные ложки травы с цветками заварить в стакане кипятка, настоять 1–2 часа. На организм действует тонизирующе, несколько возбуждает нервную систему, поднимая настроение.

* * *

Амирдовлат указывал, что «иссоп вреден для почек». Действительно, он противопоказан при нефрозах и нефритах. Его нельзя долго применять при гипотонии, заболеваниях желудка с повышенной кислотностью. У некоторых авторов можно встретить сведения, что иссоп используется при ревматизме, однако, по моему мнению, во время лечения заболеваний суставов средствами, требующими разогрева организма, то есть когда необходимо сильно пропотеть, от иссопа следует отказаться. Кормящие матери должны помнить, что настой травы иссопа уменьшает и прекращает лактацию. Иссоп противопоказан при беременности. Иссоп содержит эфирное масло, которое противопоказано при эпилепсии, и особенно при нейропатии. Приём иссопа необходимо прекратить при расстройстве желудка и диарее.

Календула — ноготки

Препараты календулы — одно из популярнейших лечебных средств, применяемых в быту при самых различных заболеваниях. К её помощи прибегают при заболеваниях желудка, язвах и спазмах кишечника, болезнях печени, женских заболеваниях, маточных кровотечениях, заболеваниях сердца, гипертонии и климактерическом периоде. Медициной признано противоопухолевое действие настоев и настоек цветков календулы.

РАК. Половину трёхлитровой банки я заполняю цветками календулы и доверху заливаю водкой. Настаиваю не меньше месяца, затем отжимаю. Настойка календулы иногда частично входит в мои противоопухолевые бальзамы, но чаще я даю её отдельно по 1 чайной ложке 3 раза в день (обязательно в травяном настое) при раке матки, яичников, толстой кишки, поджелудочной железы, ротоглотки, раке молочной железы и некоторых других формах рака — естественно, учитывая индивидуальные особенности организма человека. Здесь учитываю не только сильное бактерицидное, фитонцидное, кровоочистительное и болеутоляющее свойства календулы, но и помню о том, что во многом её антибиотическое действие не уступает сулеме (при отсутствии нежелательной токсичности сулемы).

ЭРОЗИЯ ШЕЙКИ МАТКИ. Здесь календула одно из лучших фитотерапевтических средств. Необходимо 1 столовую ложку цветков настоять в стакане кипятка для спринцевания. Или влить в стакан кипячёной воды десертную ложку спиртовой настойки (разумеется, не аптечной). Ещё лучше, если влить настойку в настой травы чернобыльника или отвар корней кровохлёбки. Готовить 0,5 или 1 л на процедуру.

КЛИМАКС (с головными болями, приливами). Принимать по 30 капель, запивая чаем из листьев ежевики и душицы, 3 раза в день, предпочтительно до еды.

АРИТМИЯ. Принимать по 20 капель настойки на кусочке сахара через 2 часа после еды. Если нет настойки, то при аритмии и сильном сердцебиении заваривать 2 чайные ложки цветков в 2 стаканах кипятка, настоять 1 час. Принимать по полстакана 4 раза в день.

НЕФРИТ. Смешать поровну цветы календулы и листья крапивы. 1 столовую ложку смеси залить стаканом кипятка, настоять 2 часа. (На день потребуется настоя вдвое больше.) Пить по полстакана 3–4 раза в день через час после еды.

ВНУТРИГЛАЗНОЕ ДАВЛЕНИЕ. Здесь придётся заваривать 9 чайных ложек цветков на полтора стакана кипятка. Настоять 1–2 часа. Принимать по полстакана 3 раза в день через час после еды. Этот же настой можно использовать для промывания воспалённых глаз.

* * *

Основное противопоказание к календуле — беременность. Ещё древние целители отмечали, что сок этого растения всасывается младенцем в утробе материи вызывает выкидыш у беременных.

Противопоказана календула при гипотонии и заболеваниях сердечно-сосудистой системы, сопровождаемых брадикардией.

Калина обыкновенная

class="book">

В калине все целебно: кора, тонкие веточки, цветы, ягоды и даже извлечённые из ягод сушёные косточки. Ни в одном дереве так не объединяются красота и польза.

Не стану перечислять все болезни, которые лечат калиной — пришлось бы коснуться почти всех органов человека — и мозг, и сердце, и желудок, и печень, и половые органы, и лёгкие, и сосуды, короче говоря — от аллергии до злокачественных опухолей. Лучше я приведу наиболее интересные рецепты от болезней, трудно поддающихся медикаментозному лечению. Начнём с женских болезней.

ФИБРОМИОМА, ОБИЛЬНЫЕ И БОЛЕЗНЕННЫЕ МЕНСТРУАЦИИ. 1 стакан измельчённой коры залить 0,5 литра водки, настоять 7 дней. Принимать по чайной ложке в 1/4 стакана воды (2–3 раза в день, предпочтительно до еды).

КИСТА ЯИЧНИКА. Сок калины смешать пополам с цветочным мёдом. Принимать 4 недели по такой схеме: в 1 — ю неделю утром натощак на кончике ложки. Во 2 — ю неделю — так же утром натощак 1/3 чайной ложки. 3-я неделя — утром и вечером по 1 чайной ложке. 4-я неделя — утром и вечером по 1 столовой ложке. Сделать перерыв на 1 месяц. Затем второй курс — по убывающей, то есть в 1-ю неделю по столовой ложке утром и вечером, во 2-ю — по чайной ложке утром и вечером. 3-я неделя — один раз утром натощак 1/3 чайной ложки. А в последнюю — утром на кончике чайной ложки.

ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫЕ НОВООБРАЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Смешать в равном количестве сок калины и мёд. Принимать по 2–3 столовые ложки 3–4 раза в день.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Принимать настой цветков калины из расчёта 1 столовая ложка на 1 стакан кипятка, настоять 30 минут. Принимать по 1 стакану 3 раза в день за 15 минут до еды.

Цветы калины я включал в сложный лечебный комплекс, где до еды шли 3–4 разных лекарства, а через 30–40 минут после еды — настой цветков калины из расчёта 2 столовые ложки на полтора стакана кипятка, настоять полчаса и принимать по полстакана обязательно с предназначенной для этого вида заболевания чайной ложкой настойки, то есть я усиливал и расширял действие лекарства (а через два часа следовали другие средства).

Здесь, что ли, я разъясню, почему за один приём я давал два или три лекарства — они работали как бы в одной связке. Кстати, так поступали тибетские медики ещё в древности. Откройте старинный тибетский трактат «Чжуд-ши», и вы обязательно столкнётесь с такими понятиями, как «два составляющих» или «три горячих» и т. п. Многокомпонентные травяные сборы они больше использовали для профилактики болезни, а к самой болезни подходили «точечно», подбирая только самое необходимое и действенное.

РАК МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. Кроме других назначений, очень полезно делать на опухоль примочки из свежих толчёных ягод.

БЕЛЬМО. Поровну смешать сок калины с мёдом, обязательно прокипятить, слить в стерильный флакон. Из пипетки капать всего 1 каплю на ночь перед сном.

ПОТЛИВОСТЬ НОГ И РУК. 1 столовую ложку коры калины на стакан холодной воды, довести до кипения, варить на слабом огне 10 минут, отваром ежедневно несколько раз протирать кожу.

ДИАТЕЗ (у детей). 1 столовую ложку цветов залить стаканом кипятка, настоять 2 часа. Давать ребёнку по 1 чайной ложке 3–4 раза в день за полчаса до еды.

ЖЕЛЧНО-КАМЕННАЯ, ПОЧЕЧНО-КАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ. Существует оригинальный способ лечения: если проглотить косточку ягоды калины и делать это систематически, то избавишься от песка, камней в желчном и мочевом пузыре, почках, желчных ходах и печени. 10–15 косточек в день по одной штуке на приём.

УГРОЖАЮЩИЙ АБОРТ (и начинающиеся схватки при нём). 3–4 г мелко нарезанной коры залить стаканом кипятка, настоять 15 минут, процедить и пить глотками в течение дня (дневная доза).

* * *

Однако калина не всеми переносится одинаково. Препараты из коры противопоказаны при повышенной свёртываемости крови, склонности к тромбозам. При гипотонии можно пользоваться калиной лишь при крайней необходимости, кратковременно, так как она в больших количествах существенно понижает давление (даже одна большая гроздь свежих ягод, я уж не говорю о смеси сока ягод с мёдом). Калиной лечат язвенную болезнь желудка и гастриты, но при высокой кислотности желудочного сока она может только навредить.

Из-за высокого содержания в плодах пуринов нельзя пользоваться калиной, как лечебным средством, при артритах, подагре, мочекаменной болезни и болезнях почек. Во всех этих случаях имеется в виду длительность лечения, а не единичное, эпизодическое употребление ягод в пищу. То же самое можно сказать о противопоказаниях продолжительного курсового лечения калиной при беременности.

Каллизия душистая

В последние годы стремительно вошло в моду новое растение — домашний комнатный цветок каллизия душистая, более известная под названием «золотой ус». Появились десятки брошюр и книжек о чудесах, производимых этим растением. Мода схлынет, как это было с каланхоэ перистым, цветок сделается будничным, как алоэ или герань, а ценные его стороны всегда найдут себе применение.

Скажу сразу: золотым усом я пока не пользовался. Стоит он у меня на подоконнике рядом с другими цветами, ощетинился несколькими тонкими боковыми побегами с характерными суставчиками-коленцами. Я мог бы и не говорить о нём, не имея собственного опыта обращения с ним, но чужой опыт тоже чему-то учит, если он подтверждается убедительными примерами приносимой пользы. И рецепты я дам только те, которые получил из первых уст.

ДИАБЕТ. Женщина, много лет страдающая сахарным диабетом (первый тип), какие только средства не перепробовала. Надо сказать, это приносило ей облегчение, иначе бы давно дело дошло до инсулина. Узнав про золотой ус, выпросила у меня не боковые побеги, а листья. Брать у кого-то другого побоялась, потому что каллизию душистую очень часто путают с другим, тоже лечебным, домашним растением — дихоризандрой.

Женщина взяла один самый крупный лист, не меньше 20 сантиметров в длину, мелко порезала его и залила 1 л кипятка. Банку закрыла, укутала махровым полотенцем и настаивала ровно сутки. В результате она получила настой малиново-фиолетового цвета. Стала принимать по 3 столовые ложки, чаще на глазок — четверть стакана, 3–4 раза в день за 40 минут до еды. Стойкое улучшение наступило через неделю.

УЛУЧШЕНИЕ ЗРЕНИЯ. Один немолодой человек уверял, что начал читать газету без очков после такого средства: нарезал от боковых побегов золотого уса 39 колен, измельчил их и залил 0,5 л водки. Настаивал 19 дней в темноте, в кухонном шкафу. Потом процедил и начал принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день за час до еды. Выпил всю бутылку, а попутно и бронхит себе вылечил.

ДЕРМАТИТЫ, ПСОРИАЗ, ТРОФИЧЕСКИЕ ЯЗВЫ. Выжатым соком делают аппликации на поражённые места. Держат примочку, пока терпится или не надоест — говорят, помогает.

РАК ЖЕЛУДКА, ЛЁГКИХ, МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ, ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. Совет специалиста. Он объясняет, что противоопухолевой активностью обладают такие компоненты каллизии, как кверцетин, кемпферон, фитостероиды, а при их комплексном воздействии целебный эффект каждого из этих веществ возрастает.

Готовится противораковый масляный бальзам (однако только на 2-й и 3-й стадиях заболевания). Ещё одно примечание: при раке щитовидной железы настойку готовят не из усов, а из всего растения, собранного в сентябре. Сначала надо приготовить настойку: 45 измельчённых междоузлий (суставчиков) залить 1,5 л водки, настаивать без доступа света 2 недели, ежедневно встряхивая. Лечение (видимо, по принципу Шевченко): в стеклянной баночке точно отмерить 40 мл натурального льняного масла и соединить с 30 мл спиртовой настойки золотого уса. Баночку плотно закрыть и тщательно встряхивать смесь 7 минут. Затем, не медля ни минуты, выпить эмульсию залпом, не давая разделиться на составляющие компоненты. Ничем не заедать и не запивать. Принимать 3 раза в день за 20 минут до еды. Принимать 10 дней, потом перерыв на 5 дней, затем снова 10 дней лечения. Провести 3 курса, после чего перерыв на 10 дней и снова провести цикл по 3 десятидневки. И чередовать до полного выздоровления.

Раковые клетки гибнут на четвёртый день. В это время могут появиться боли, но скоро это должно пройти. Лечение золотым усом надо проводить не раньше, чем через месяц после лучевой или химиотерапии, либо лечения сильными препаратами растительного происхождения. Во время лечения целесообразно провести курс очищения от токсинов: 1 стакан семян льна залить 3 л кипятка и варить на водяной бане 2 часа. Принимать по полтора литра в сутки в течение месяца, во время лечения. И соблюдать диету, исключив животные жиры, мясо и молочные продукты, картофель, дрожжевой хлеб, сократив сладкое.

* * *

Существует масса других рецептов — от чего желаете. Но появились и первые противопоказания. При употреблении настоев и настоек сильно повреждаются голосовые связки, голос «оседает» и восстановление затруднительно. Противопоказаниями к приёму золотого уса являются заболевания почек, аденома простаты, а что ещё — в дальнейшем покажет жизнь.

Калужица болотная

В начале мая по берегам водоёмов, особенно на сырых лугах, полыхают, горят жарким золотом цветы калужницы болотной — хоть церковные купола этим золотом мажь. Не зря, наверное, в народе калужницу прозвали жарки.

Выйдет сельская жительница на крыльцо — тут тебе на окрестных лугах и еда, и, по надобности, лекарство. Во время цветения калужница теряет ядовитость, и вместо каперсов лакомятся выдержанными в кипятке маринованными бутонами; стебли и листья, отваренные в соленой воде, служат приправой к мясным и рыбным блюдам, их кладут в борщи — весенняя свежинка.

А лечат калужницей онкологические заболевания желудка и матки, асцит, женские заболевания, нарушение обмена веществ, нервные болезни, малокровие, кашель, бронхит, нарушение менструального цикла. Свежие листья или сок, особенно из бутонов, заживляют раны, ожоги, лечат ушибы, ревматизм. Сводят бородавки. И всё это — в нескольких шагах от крыльца.

ОНКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ. 1 чайную ложку измельчённых корней калужницы на стакан кипятка, в закрытой эмалированной посуде держать на водяной бане 25–30 минут, после охлаждения отжать через 2–3 слоя марли и долить кипячёной водой до исходного объёма. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день после еды.

ПРОСТАТИТ. Половину чайной ложки корня на 250 мл воды, варить 5 минут, настоять 1 час. Пить по 1/4 стакана 4 раза в день. Курс 2–3 недели.

Каперсы колючие

Каперсы известны многим как превосходная приправа к холодным закускам, мясным и рыбным блюдам, но о лечебных свойствах этого полукустарника, произрастающего в южных районах России, знают, пожалуй, только истинные приверженцы народной медицины. Кстати, экстракт из каперсов входил в состав препарата ЛИВ-52 для лечения печени, ещё недавно очень популярного.

Не удивлюсь, если и сейчас где-нибудь в Дагестане свежую кору корней прикладывают к гноящимся ранам, в толчёном виде употребляют при ревматизме и бруцеллёзе. Отвар коры корней применяют при стенокардии, истерических припадках, параличах, болезнях селезёнки, печени, при диабете.

ДИАБЕТ. 2 чайные ложки сухих корней кипятят в стакане воды на слабом огне 10–15 минут, настаивают полчаса, принимают по 1 столовой ложке 3 раза в день. Примерно такие же отвары и дозы — чуть меньше, чуть больше (при параличах, например, внутрь четверть стакана, и отваром натирают онемевшие части тела).

* * *

Препараты каперсов малотоксичны. И всё-таки пользоваться ими нежелательно при гипотонии, запорах, повышенной половой возбудимости. Каперсы противопоказаны при беременности.

Капуста огородная

Капуста всегда под рукой. С незапамятных времён она и пища, и лекарство. Достаточно сказать, что французские врачи советуют лечить капустой 75 основных и 30 сопутствующих заболеваний, даже некоторые формы рака. И в народе чуть что случится — сразу обращаются к капусте. Лечат желудок, печень, вплоть до желтухи, селезёнку, катары верхних дыхательных путей, бронхит, головные боли, атеросклероз, диабет, ожирение. Отваренные в молоке листья, смешав с отрубями, прикладывают к ожогам, язвам, гноящимся ранам. Сырые листья привязывают к больным суставам при подагре, артритах, полиартритах: полностью это не вылечит, зато боль утихомирит. Деревенские знахарки варят капустный сок с сахаром и дают выпить сильно захмелевшему человеку для отрезвления.

АТЕРОСКЛЕРОЗ. В стакан тёплого сока добавить 2 чайные ложки сахарного песка, размешать. Принимать по 1/4 стакана 4 раза в день за 15–20 минут до еды. Полезно заедать изюмом или курагой. Курс — 10 дней, перерыв 20, затем снова пить 10 дней — это особенно подходит больным с повышенным давлением. Сок всегда пить в тёплом виде.

ЛЯМБЛИИ. Пить утром натощак по полстакана капустного рассола. (Обычный курс 40 дней.)

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ. Пить 3 раза в день по полстакана тёплого капустного сока с мёдом.

ЦИРРОЗ ПЕЧЕНИ. Ежедневно пить перед едой 3 раза в день по полстакана тёплого капустного свежего сока.

ПИЕЛОНЕФРИТ (хронический). Тёплый сок пить по полстакана 4 раза в день непосредственно перед едой в течение 2 недель. На такой же срок сделать перерыв, потом принимать ещё 7-10 дней.

ГРЫЖА ПУПОЧНАЯ. Положить на пупок марлю, смоченную в соке квашеной капусты, сверху накрыть ломтиком свежего картофеля — толщиной в 2 сантиметра. При регулярном применении грыжа исчезнет через месяц.

ОТРЕЗВЛЕНИЕ. Отжать свежий сок, при необходимости 1–2 стакана, и сварить его с сахаром. Поить по четверти и полстакана, пока человек не протрезвеет.

* * *

Считается, что капуста безвредна, но… Не случайно я ставлю здесь многоточие. Да, в любой литературе по траволечению можно найти похвальные слова капусте как эффективному средству лечения язвенной болезни желудка. Но у меня имеются примеры, к тому же не единичные, когда свежая капуста и сок из неё вызывали резкие боли в желудке, провоцируя обострение язвы двенадцатиперстной кишки. Кстати, при язвенной болезни, особенно с высокой кислотностью желудочного сока, бывает противопоказан и рассол квашеной капусты. Поневоле вспомнишь Авиценну, утверждавшего, что капуста вредна для желудка. Он же считал, что «капуста вызывает помутнение зрения». С капустой надо быть поосторожней при ишемической болезни сердца, после инфаркта миокарда, нарушениях сердечного ритма, гипертонии, а также болезнях почек. Разумеется, речь идёт не о салатах или борще где-то раз в неделю, а о лечении — ежедневном приёме свежего сока стаканами, либо других препаратов из капусты.

Необходимо помнить и о том, что капуста противопоказана при спазмах кишечника и желчных ходов, остром энтероколите, повышенной перистальтике кишечника. Основываясь на личных наблюдениях, я пришёл к выводу, что капуста может навредить и при острых заболеваниях поджелудочной железы.

Карагана древовидная — акация жёлтая

Шла жестокая война с фашистской Германией. Немцы стояли под Сталинградом. В тылу голод косил людей. В свои десять лет я уже знал многие травы — и лечились ими, и голод утоляли. Как-то угостили меня салатом из цветочных бутонов жёлтой акации — под окнами дома росло не меньше десятка деревьев, из них мы свистульки делали. А тут такой деликатес! Но бутонов уже не было, семена почти созрели. Может, и они съедобны? Насобирал я их в небольшую кастрюлю и сварил кашу. Даже посолил, как положено. Желудок свело спазмами от предвкушения горячей еды. Обжигаясь, начал есть. Но ликование оказалось преждевременным… Лучше не рассказывать, что было после. Все выворотило наружу — это полбеды. У меня потемнело в глазах, и подкосились ноги. Я едва добрался до комнаты, где ждали кашу младшие сестра и братик. Так на всю жизнь мне запомнилась карагана древовидная. Значительно позже я узнал, что настоем корней, листьев, цветков лечат такие серьёзные болезни, как скрофулёз, аллергию, атеросклероз, заболевания печени, головные боли и пр.

К помощи караганы-акации я прибегаю редко. И поделюсь самыми простыми рецептами.

ИЗЖОГА. Надоела, например, изжога, а под руками нет аира или других трав. И тогда 2 столовые ложки сухих листьев заливаю стаканом кипятка, настаиваю 2 часа, пью по 2–3 столовые ложки. Если такой настой пить долго, месяц и больше, то поможет от атеросклероза. Возможно, и от головной боли.

ОСТРОЕ РЕСПИРАТОРНОЕ ЗАБОЛЕВАНИЕ. Сделать отвар из расчёта 1 чайная ложка коры на стакан воды, кипятить 7–8 минут, настоять 2 часа. Принимать по полстакана 3 раза в день в тёплом виде медленно, глотками — очень хорошее мягчительное средство.

ГЕПАТИТ, ГИПОВИТАМИНОЗ С И А. Чайную ложку измельчённых корней настоять 6–8 часов в стакане кипятка. Принимать по полстакана 3 раза в день. Этот же на стой лечит атеросклероз (антисклеротическим действием обладают и кора, и листья, и цветки). Помогает и при изжоге.

СКРОФУЛЁЗ. Кончики тонких ветвей измельчить. 1 столовую ложку залить стаканом кипятка, закрыть крышкой, настаивать 4–5 часов, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день.

* * *

Надеюсь, никто не станет варить кашу из семян жёлтой акации. А в указанных дозах она совершенно безвредна. Осторожность надо проявить при гастритах, сопровождаемых изжогой. С осторожностью можно отнестись к жёлтой акации при гипервитаминозе, так как избыток в организме витамина А крайне нежелателен.

Картофель

В народной медицине картофель не менее популярен, чем капуста, свёкла, лук, чеснок.

Долгим был путь картошки к обеденному столу, пока не стал он «вторым хлебом». В средние века поговаривали, что плоды этого растения родятся с головой и глазами, как у человека, поэтому есть картофель — значит, съедать души человеческие. Почти все страны без исключения отказывались сажать картофель. Одни правительства стремились сломить такое сопротивление силой, другие — хитростью. В Англии, например, за разведение картошки давали золотые медали. И в России после. Петра I ещё долго, почти до середины XIX века картофель был не в чести, особенно яростно сопротивлялись старообрядцы.

Это ведь сейчас знают, что картофель содержит в себе значительное количество крахмала, углеводов, белков, пектиновые вещества, клетчатку, органические кислоты, много калия, фосфора, витаминов, каротина, фолиевую и никотиновую кислоту, десятки необходимейших организму микроэлементов (кстати, эпидемия цинги, поражавшая целые города и деревни, исчезла по мере распространения картофеля).

Обширен круг лечебных свойств картофеля. Его аминокислоты хорошо сбалансированы и легко усваиваются, оказывая подщелачивающее действие на организм человека. За счёт этого картофель помогает нейтрализовать излишки кислот, образующихся в процессе обмена веществ. А избыток кислот в организме вызывает преждевременное старение. С какой стороны ни взгляни, картофель способствует выведению шлаков из организма, регулирует обменные процессы, поддерживает нормальную функцию сердечной мышцы, является антисклеротическим средством — это только благодаря солям калия (потребность человека 2 г в сутки — для этого достаточно съесть 400 г картофеля, это покроет и суточную потребность в витамине С).

Не ошибусь, если скажу, что существует несколько сотен рецептов применения картофеля для лечения самых различных заболеваний. И мне трудно сделать выбор, чтобы не уподобиться заезженной пластинке. Меня волнует проблема онкологии и я, даже если повторюсь, напомню.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Весной перебрать хранившийся в прохладном месте картофель, выбрать длинные белые ростки и нарезать их дольками не больше 0,5 см. Высушить. В стеклянную банку положить 200 г этих ростков и залить стаканом 70° спирта. Настоять 9 дней, процедить. Принимать 3 раза в день за полчаса до еды в половине стакана воды в 1-й день 1 каплю, во 2-й — 2 капли, и так ежедневно увеличивая на каплю, довести до 25. И принимать так ежедневно 3 раза в день до еды (это своего рода цитостатик, наподобие болиголова или борца).

СНИЖЕНИЕ ЗРЕНИЯ. Весенние белые проростки картофеля порезать, 1 столовую ложку залить 1 стаканом водки, настоять 1 неделю. Процедить. Пить по 1 чайной ложке 3 раза в день в достаточном количестве воды.

ЭМФИЗЕМА ЛЁГКИХ. Этот рецепт я знаю лишь со слов того человека, который вылечил себя. Он отжимал сок из зелёной ботвы картофеля (чистого, ничем не обработанного). Приём начал в первый день с половины чайной ложки. Через два-три дня приём увеличил до 1 чайной ложки (1 раз в день, на полстакана воды). Спустя так же два-три дня — полторы чайной ложки. Постепенно приучая организм к увеличению дозировки, довёл, в конце концов, приём до половины стакана и начал уменьшать по той же схеме. Где-то на середине бросил. Говорит: надоело. Но после проверки у пульмонолога былую болезнь не обнаружили.

ГИПЕРТОНИЯ. Каких только средств не предлагают от этой коварной болезни. Вот ещё один рецепт. Стакан картофельных очисток мелко порезать, залить 3 стаканами воды. Варить до размягчения, процедить и пить по полстакана 2 раза в день — утром и вечером. Это средство резко понижает давление.

АРТРИТ, ПОДАГРА. Белые весенние ростки картофеля плотно уложить в банку, доверху залить водкой. Настаивать в темноте от 2 недель до 1 месяца. Процедить. Натирать больные места, затем тепло укутать. По отзывам — средство эффективное.

МАСТИТ. Полстакана картофельного крахмала смешать с половиной стакана подсолнечного масла, уложить в специально сшитый марлевый мешок и привязать к груди на 1 час.

* * *

При лечении антибиотиками и сульфаниламидными препаратами медики советуют пить по 1–2 столовые ложки сока картофеля сразу же после приёма лекарств. Количество лекарств можно в этом случае уменьшить почти наполовину.

Картофельный сок, рубцующий язву желудка и двенадцатиперстной кишки и назначаемый при эрозивных гастритах, нельзя принимать при низкой кислотности желудочного сока.

Картофель изрядно может навредить кишечнику при выраженных бродильных процессах. Лечение картофелем запрещено при тяжёлых формах сахарного диабета.

Настой из цветков картофеля, иногда применяемый по народным рецептам при язве и раке желудка, заметно снижает давление — об этом не должны забывать гипотоники.

Организм тяжело переваривает картофельный крахмал, изымая из крови ферменты и истощая их запас, предусмотренный на случай стрессов, нездоровья. Кроме того, при злоупотреблении картофелем кровь засоряется крахмальными зёрнами, оседающими в венах, а это усиливает варикозное расширение вен, способствует обострению геморроя.

Калорийность картофеля в два-три раза выше, чем у других овощей, за счёт углеводов, которые представлены главным образом крахмалом. Именно поэтому тем, кто склонен к полноте, картофель как в лечебных целях, так и в рационе необходимо ограничить.

Во всех частях растения содержится гликоалкалоид соланин. Больше всего он собирается в позеленевших и в проросших клубнях у старого картофеля, даже если он не позеленел. В больших дозах соланин разрушает эритроциты крови и угнетающе действует на нервную систему.

Кассия узколистная

В повседневности кассия более известна как сенна, александрийский лист. Препараты кассии славятся как нежное слабительное, назначаемое при хронических запорах, трещинах заднего прохода, сфинктеритах, геморрое, заболеваниях печени и желчного пузыря.

* * *

По последним сведениям, глаксена, сенаде и другие препараты из кассии узколистной противопоказаны при беременности, так как могут подействовать абортивно. А при кормлении ребёнка грудью сенна поступает в молоко матери в токсических концентрациях.

Длительное применение сенны может способствовать развитию атрофии гладкой мускулатуры толстой кишки.

Катаранус розовый

Это растение с тёмно-зелёными листьями и крупными розовыми или белыми цветками нередко можно увидеть на подоконниках любителей комнатных цветов. Некоторые называют его барвинком, но ботаники относят его к роду катарантуса. Растение ядовитое. В медицине его препараты используются при миеломной болезни, лимфогранулематозе, гематосаркоме и других онкологических заболеваниях.

ОНКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ (рак, саркома, лимфогранулематоз). 1 столовую ложку высушенной травы залить 0,5 л водки, убрать в тёмное место, ежедневно встряхивать. Настоять 9 дней. Процедить. Капать из пипетки и принимать 1 раз утром до еды в 100 мл воды по 5 капель в течение 5 дней, затем по 10 капель 10 дней, перейти на 15 капель в течение 15 дней, следом 20 капель 20 дней. В последующем по 25 капель ежедневно в течение длительного времени. Следить за своим самочувствием. При появлении каких-либо признаков противопоказаний снизить количество капель до исчезновения симптомов. Одновременно вести лечение индивидуально подобранным комплексом противоопухолевых и иммуномодулирующих трав и настоек, назначенных фитотерапевтом.

* * *

Самолечение исключается. Побочные проявления характерны для химиотерапии: тошнота, рвота, диарея, облысение, парастезии конечностей, альбуминурия, депрессия, кожные раздражения.

Качим метельчатый

Растение используется только в народной медицине, в основном как обезболивающее средство при заболеваниях печени, желудка, кишечника.

ПЕЧЕНЬ, ЖЕЛУДОК, КИШЕЧНИК (снятие колик и боли). 1 чайную ложку сухой травы залить стаканом кипятка, настоять 1–2 часа, процедить. Принимать по 1/3 стакана 3 раза в день через полчаса после еды.

* * *

Качим противопоказан при колитах с жидким стулом, энтероколитах, гастритах с низкой кислотностью. Даже незначительная передозировка вызывает рвоту.

Каштан конский

Известен конский каштан прежде всего тем, что из плодов готовят препараты для предупреждения тромбообразования, лечения тромбофлебитов, варикозного расширения вен, геморроя. Отвар коры, кроме перечисленных заболеваний, используется при хронических колитах и энтероколитах, особенно при трудно поддающихся лечению поносах, гастритах с повышенной кислотностью желудочного сока, болезнях селезёнки, бронхитах, различных кровотечениях. Цветки в виде отвара или спиртовой настойки пьют при заболеваниях сердца, печени, туберкулёзе лёгких, одышке, белокровии, ревматизме; настойкой натираются при артрических и подагрических болях.

ЛЕЙКЕМИЯ. Используются цветки каштана (без столбика). 1 столовую ложку сушёных цветков залить 200 мл воды, довести до кипения, но не варить. Настоять 5–8 часов. Процедить. Принимать по глотку на приём. За день можно выпить 1 л настоя, но дозировку подбирать индивидуально (передозировка может вызвать судороги). Лечение 15–20 дней. После десятидневного перерыва можно повторить.

ОПУХОЛЬ ГОЛОВНОГО МОЗГА. Указанный настой цветков в той же пропорции рекомендуют при опухоли головного мозга. (Настой цветков восстанавливает белковую структуру, лечит кровь.)

АДЕНОМА ПРОСТАТЫ. Снять кожуру с сухих плодов каштана, растереть в порошок. 25 г порошка залить 250 мл спирта, настоять в тёмном месте 2 недели (если настаивать на водке — 1 месяц). Принимать по 10 капель 2 раза в день до обеда и ужина в течение 20 дней каждого месяца. (Водочную настойку можно увеличить до 20 капель на приём.)

ФИБРОМА МАТКИ. Поджарить плоды каштана, как это делают с кофе (не пережарить!). Истолочь в порошок. Заваривать 1 чайную ложку на стакан кипятка. Пить по 1/3 стакана 3 раза в день. До выздоровления.

ФИБРОЗНО-КИСТОЗНАЯ МАСТОПАТИЯ. 6–8 столовых ложек сухих цветков каштана залить 1 л воды, довести до кипения, но не варить. Укутать на ночь. И пить по глотку через каждый час в течение дня.

ФЛЕБИТ. При воспалении вен взять по 30 г порошка плодов каштана, 20 г их сухой коричневой коры, 20 г сухих измельчённых цветков зверобоя, залить все это 0,5 л растительного масла и 200 мл сухого виноградного вина. Смешать, настоять 3 суток в тёмном прохладном месте, периодически встряхивая. После настаивания держать в кипящей водяной бане до испарения всего вина, процедить. Применять наружно в виде компрессов до излечения.

РАСШИРЕНИЕ ВЕН. Настоять 50 г цветков (без столбиков) в 0,5 л водки 14 дней. В это время, пока настаивается, сделать мазь: смешать 10 г порошка цветков ромашки, 10 г порошка листьев и цветков шалфея, 50 г растёртых плодов каштана и 5 г картофельного крахмала. Смесь залить 200 г горячего куриного жира, томить на водяной бане 2, 5 часа, настоять ночь, утром вновь разогреть до кипения, снять с огня и процедить в горячем виде, пока не остыло. Баночку с мазью хранить в холодильнике. Лечение: принимать на воде по 30 капельнастойки 3 раза в день за 20 минут до еды в течение 3–4 недель. Одновременно смазывать вены мазью.

* * *

Много ценных свойств у каштана, особенно при различных сосудистых заболеваниях, только всегда приходится помнить о том, что каштан противопоказан при атонических запорах, гипоцидных гастритах, нарушениях и задержках менструального цикла, плохой сворачиваемости крови, тромбоцитопении. Нельзя принимать внутрь при гипотонии. При передозировке может вызвать судороги — на руках сводит пальцы.

Кермек широколистный

Корни растения в виде отвара или порошка обладают сильным вяжущим действием, эффективны при острых желудочно-кишечных заболеваниях, энтероколитах, сопровождающихся поносами, дизентерии, даже сальмонеллёзе. Кроме того, кермек используется при нарушении водно-солевого обмена, маточных и других внутренних кровотечениях, наружно при экземах.

ФИБРОМИОМА МАТКИ. Взять 40 г корней кермека широколистного (2 столовые ложки) на 0,5 л воды. Довести до кипения и на слабом огне кипятить 7–8 минут, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1/3-1/2 стакана 3–4 раза в день до еды. Если будет слабить, принять против этого дополнительные меры.

ЭКЗЕМА. 100 г измельчённых корней отварить в 1,5 л воды 7-10 минут. После остывания процедить. Отваром обмывать экзематозные места, делать примочки.

* * *

При лечении кермеком необходимо следить за протромбиновым индексом, исключить его при повышенной вязкости крови. Не назначать при хронических запорах, спазмах сфинктера.

Кизил

В научной медицине кизил не используется, хотя плоды, листья, кора и корни этого кустарника издавна были популярны в народной медицине многих стран. Применяют их и сейчас при нарушениях обмена веществ, ревматизме, подагре, воспалительных заболеваниях кишечника, желудочных кровотечениях при язвенной болезни.

ГЕМОРРОЙ. Необходимо в течение пяти дней съесть 2 стакана кизила вместе с косточками в сезон созревания ягод — это одно из древнейших и очень действенных лечений геморроя. Если время упущено, то воспользуйтесь хотя бы кизиловым вареньем — съешьте 1–2 литровые банки — обязательно с косточками — в них весь секрет.

ПОЧЕЧНО-КАМЕННАЯ, МОЧЕКАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ. Варите компот из кизила пополам с дикой грушей — как обычно варят компот, произвольно, и пейте по стакану после еды — это необходимо почкам при воспалительных процессах, при песке и камешках в почках, мочевом пузыре.

РЕВМАТОИДНЫЙ АРТРИТ. 1 чайную ложку корней кизила на 1 стакан воды, прокипятить, настоять 2 часа. Принимать по 2 столовые ложки при ревматизме, ревматоидном артрите.

КОНЪЮНКТИВИТ. Отжать из листьев кизила сок и капать из пипетки по 2–3 капли при всякого рода глазных болезнях, конъюнктивите, даже если он аллергического характера.

* * *

Однако при язве желудка с повышенной кислотностью пользоваться кизилом нельзя. Плоды кизила противопоказаны при аденоме предстательной железы, простатите, заболеваниях почек. Отвар плодов и косточек обладает вяжущим действием, что необходимо учитывать при колитах с запорами.

Кипрей узколистный — иван-чай

Любит пустоши и лесные гари — его розовая цветущая верхушка видна издалека и как бы машет призывным флагом: не проходи мимо собственного благополучия. Не стану рассказывать о знаменитом копорском чае, который заменял в прошлые века простолюдинам натуральный чай (причём, и по вкусу не уступал, я часто пользовался им в дальних походах, и обладал самыми необходимыми целебными качествами). Он и сейчас занимает почётное место в моей зелёной аптеке.

В народной медицине его используют давно и широко для лечения злокачественных опухолей, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, ангины, мигрени, нервных заболеваний, простатита и аденомы простаты, диатеза, псориаза, женских заболеваний. Знахари столетиями хранили и передавали верным последователям секреты лечения иван-чаем сифилиса и гонореи.

Собирать кипрей надо в разгар цветения в июне-июле, в первой четверти Луны, от восхода Солнца до полудня. Прежде чем сушить, дать полежать сырым в куче (для ферментации), лишь затем раскладывать тонким слоем в тенёчке под крышей сарая. Желательно начинать лечение, когда болезнь ещё не приобрела затяжную хроническую форму.

ПАНКРЕАТИТ (подострый). 3 столовые ложки сухих измельчённых листьев залить 300 мл крутого кипятка, настаивать 10 минут и принимать до и после еды по 50 мл тёплого настоя.

ЯЗВА ЖЕЛУДКА И ДВЕНАДЦАТИПЕРСТНОЙ КИШКИ. 2 столовые ложки листьев надо залить 1,5 л воды, довести до кипения, но не варить, настоять 30–40 минут, процедить. Пить по трети стакана 3–4 раза в день до еды.

ПСОРИАЗ, НЕЙРОДЕРМИТ, ЭКЗЕМА, АЛЛЕРГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ КОЖИ. 2 столовые ложки иван-чая залить двумя стаканами кипятка, настоять 6 часов, процедить. Выпить настой в течение дня.

АДЕНОМА ПРОСТАТЫ. 3 чайные ложки травы залить 2 стаканами кипятка, настоять 5 минут, процедить. Пить по стакану утром натощак и вечером за полчаса до

ПРОСТАТИТ (хронический). 1 столовую ложку травы кипрея залить 1 стаканом кипятка, настаивать 2 часа, процедить. Пить в тёплом виде по 1/3 стакана 3 раза в день за 20 минут до еды. Настой можно принимать и после операции на простате.

БЕЛИ. 2 столовые ложки измельчённых корней кипрея залить 1 стаканом кипятка, кипятить 10 минут, настаивать 2 часа, процедить. Пить по 1/3 стакана 3 раза в день до еды.

ОБИЛЬНЫЕ МЕНСТРУАЦИИ. 1 столовую ложку листьев залить 1 стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Выпить стакан настоя в день за несколько приёмов, или по 1 столовой ложке 3–4 раза в день до еды.

КЛИМАКС. Половину литровой банки засыпать измельчёнными сухими цветками кипрея, залить 0,5 л водки, закрыть крышкой и настоять 1 месяц. Периодически встряхивать. Принимать по 30 капель на ложке воды 3 раза в день. Настойка снимает головную боль, уменьшает учащённое сердцебиение, убирает отеки.

ОНКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ ПОЧЕК И МОЧЕВОГО ПУЗЫРЯ. Составляется сбор из 3 частей цветков кипрея, травы тысячелистника, 2 частей травы сушеницы топяной, 1 части травы чистотела, 4 частей плодов шиповника. Столовую ложку смеси залить стаканом кипятка, кипятить 3 минуты, настаивать 1 час и процедить. Долить кипячёной воды до исходного объёма. Пить по трети стакана 3 раза в день до еды.

ОНКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ. Берут по 2 части цветков кипрея, листьев крапивы, листьев подорожника большого, по 1 части травы горца птичьего (спорыша), цветков акации белой. Чайную ложку смеси залить стаканом кипятка, настоять полчаса, процедить и пить по стакану в день.

БЕСПЛОДИЕ (из-за склеивания стенок маточных труб). Смешивают равные части листьев кипрея, подорожника, мелиссы, мяты перечной, земляники лесной, крапивы, травы петрушки огородной, зверобоя, манжетки обыкновенной. Столовую ложку смеси залить 0,5 л кипятка, кипятить 5 минут, охладить и процедить. Пить по 1–2 стакана в день вместо воды.

Кирказон ломоносовидный

Опытные целители высоко ценят это растение, помогающее справиться с различными болезнями лёгких, сердца, суставов, женских органов, желудка и кишечника, поджелудочной железы.

Применяют кирказон при флебите, тромбофлебите, варикозном расширении вен. Кирказон в начальной стадии гипертонии снижает давление. Водные настои, отвары и спиртовые настойки корней и листьев кирказона пьют при водянке, циститах, кашле, одышке, кожных сыпях. Считается, что кирказон помогает излечиться от бесплодия, вызванного порчей. В народной медицине долго применялся как лучшее средство для изгнания последа и усиления послеродового очищения.

У каждого растения, как видите, имеется возможность справиться с целым рядом болезней. Здесь я ещё не упомянул туберкулёз, подагру, малярию, грипп, ангину. Но у каждого есть и своя «изюминка», присущая только этой травке. Кирказон, например, помогает человеку безболезненно переносить резкую перемену мест. Один мой знакомый больше двадцати лет живёт и работает на Крайнем Севере, а лето проводит в родной Башкирии. После каждого приезда или отъезда он несколько дней ходит буквально больной и легко поддаётся любой инфекции. Научил я его пить в такие дни настой сушёной травы кирказона: неполную чайную ложку на стакан кипятка, настоять полчаса и пить по четверти стакана несколько раз в день. И он сразу начал чувствовать себя так, будто проехал на маршрутке от Госцирка до Гостиного двора в Уфе. Никаких других реакций нет. А рецепты дам самые простые.

МЫШЕЧНАЯ БОЛЬ. ПОДАГРА. 1 чайную ложку измельчённой травы залить стаканом холодной кипячёной воды, ночь настоять (8 часов). Процедить. Принимать по 1/4 стакана 4 раза в день.

КОЖНАЯ СЫПЬ. Здесь больше подходит ванна. 2 чайные ложки корня на 2 стакана воды, кипятить 10 минут, процедить в ванну. Принимать её не более 15 минут. С этим растением надо обращаться осторожно, то есть не превышать дозировку.

* * *

Кирказон ядовит. Противопоказан при беременности, маточных кровотечениях. Превышение дозировки может вызвать геморрагический нефрит, гастроэнтерит, меноррагию.

Кислица обыкновенная

Приятное на вкус съедобное растение. Водный настой и спиртовая настойка травы кислицы используются при заболеваниях почек и печени, желтухе, отёках, нарушениях обмена веществ, гнилостных процессах в полости рта. Имеются сведения, что препараты кислицы приостанавливают рост опухоли при раке губы.

НЕФРИТ. 1 чайную ложку травы на 1 стакан кипятка, настоять 2 часа. Процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день 3 недели. Сделать перерыв на 10–12 дней, затем курс можно будет повторить.

ТЕМПЕРАТУРА. 2 столовые ложки травы на 1,5 стакана горячего молока, подержать на паровой бане 30 минут. Принимать по пол стакана 3 раза в день за полчаса до еды как жаропонижающее средство (и при лихорадке).

* * *

Длительное применение или большие дозы раздражают почки. Кислица противопоказана при диатезе, плохой свёртываемости крови, склонности к судорогам. Не назначают её при гастритах с низкой кислотностью желудочного сока и обострении панкреатита. Противопоказана при почечно-каменной болезни. Кислицу приходится ограничить при повышенном протромбиновом индексе, склонности к судорогам. Противопоказана она при щавелево-кислом диатезе.

Клевер луговой

Клевер луговой или красный легко доступен благодаря широкому распространению и очень популярен в народе. В виде настоя, отвара или настоек его часто используют при атеросклерозе с нормальным давлением (если давление нормальное) с головными болями и шумом в ушах, при лёгочных заболеваниях, упадке сил, похудании, при злокачественных опухолях, бронхиальной астме, учащённом дыхании, а также при заболеваниях почек, хроническом ревматизме, аллергических заболеваниях кожи, васкулитах, витилиго, эпидемическом паротите, воспалениях гортани, ангине и целом ряде других заболеваний.

В книге «Одолень-трава» я давал много способов использования клевера, поэтому не стану повторяться.

БОЛЕЗНЕННЫЕ И НЕРЕГУЛЯРНЫЕ МЕНСТРУАЦИИ. Надо 2 столовые ложки клевера залить стаканом кипятка, закрыть крышкой и настоять 6–8 часов (ставить на ночь). Выпить в течение суток по 1/4 стакана за 20–30 минут до еды.

ВОСПАЛЕНИЕ ЯИЧНИКОВ. 1 столовую ложку корней клевера залить стаканом кипятка, держать в водяной бане 30 минут. Остудить, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 4–5 раз в день до еды (кстати из корней клевера выделен трифолезин — противогрибковое вещество).

ВОСПАЛЕНИЕ ПРИДАТКОВ. Отваренные корни клевера используются в лечебном питании какпротивоопухолевое средство при воспалении придатков (в день во время еды дополнительно съедать 1 столовую ложку, добавлять в супы, в каши).

ВОДЯНКА, БОЛИ В СУСТАВАХ. Полную стеклянную банку набить свежими цветками красного клевера, залить растительным маслом, настоять в тёмном месте 40 дней (следить, чтобы сверху не образовалась плесень — цветки не должны высовываться из масла). Хранить в холодильнике не процеживая. При ВОДЯНКЕ принимать по столовой ложке 3–4 раза в день до еды. При БОЛЯХ В СУСТАВАХ ежедневно делать втирания.

ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫЕ ОПУХОЛИ НАРУЖНЫЕ. 2–3 горсти клевера залить кипятком, подержать 10 минут, воду слить. В тёплом виде жмыхом делать на 1–2 часа примочки. В летнее время с этими же целями прикладывать кашицу из свежих листьев.

ДИАБЕТ. Взять в привычку пить чай из клевера (вместо обычного чая), заваривая в стакане кипятка 2–3 сушёные головки клевера.

АЛЛЕРГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ КОЖИ, ВАСКУЛИТ, ВИТИЛИГО. 3 чайные ложки клевера — верхушек с прицветниками (сухих) заварить стаканом кипятка, настоять 1 час и пить по четверти стакана 4 раза в день. Одновременно делать примочки или припарки: заварить в стакане кипятка 2 чайные ложки цветков, и настоять 5–6 часов, лучше всего в термосе. Время примочек не ограничено.

СЕДИНА. Если захватить начало поседения и ежегодно время от времени втирать в корни волос отжатый из клевера сок, то поседение заметно замедлится на длительный срок.

РАССЕЯННЫЙ СКЛЕРОЗ. 3 чайные ложки цветков или семян клевера (это можно собрать и осенью) залить стаканом кипятка, настоять 1 час. Пить по 1/4 стакана 3–4 раза в день за 20 минут до еды. Либо глотать семена 3 раза в день по 1 чайной ложке 3 раза в день в промежутках между едой, запивая водой. Действие будет такое же. (Кстати, состав семян клевера хранит немало тайн. Во всяком случае я не знаю ни одного растения, семена которых через год после настаивания в спирте как ни в чём не бывало прорастали и в свои сроки вегетации пышно цвели и давали нормальные семена — я был потрясён таким случаем.)

* * *

Вроде бы безобидная трава — красный клевер. Но и она может стать человеку серьёзным недругом. Я уж не говорю о том, что надо прекратить приём препаратов клевера при появившихся болях в желудке и диарее (хотя в ряде случаев целители лечат им желудочные боли и колики). Но мало кто знает, что красный клевер нельзя применять при эстрагенозависимой форме рака.

Нежелателен клевер при склонности к сердечным заболеваниям, инсультам или тромбофлебитам. Противопоказан он при беременности.

Клюква обыкновенная

По богатству биологически активных веществ и минеральных солей клюква является одной из самых полезнейших дикорастущих ягод, применяемых для лечения многих заболеваний. Врачи рекомендуют её при нарушении обмена веществ, малокровии, гипертонии, глаукоме, водянке, болезнях желудка, печени, поджелудочной железы, пиелонефрите, диабете, аддисоновой болезни, ревматизме, туберкулёзе лёгких, атеросклерозе, ожирении. Клюква повышает прочность стенок кровеносных капилляров, понижает содержание протромбина в крови, улучшает деятельность желез внутренней секреции.

ИНФАРКТ МИОКАРДА. Пропустить через мясорубку 1 кг ягод клюквы, 200 г чеснока, добавить 100 г мёда, все смешать, закрыть крышкой и настаивать 3 дня. Затем принимать по 1 десертной ложке 2 раза в день до еды.

АРТРИТ. Молодые побеги и листья (без ягод) залить в соотношении 1:1 водкой. Настоять не менее суток. В стакан тёплой кипячёной воды вливать 1 столовую ложку настойки. Принимать по полстакана 2 раза в день.

АНГИНА. В 1 стакане клюквенного сока растворить 3 столовые ложки мёда, прополоскать горло, выплёвывая смесь. После каждого полоскания подержать во рту 2 столовые ложки смеси, потихоньку проглатывая.

ПИЕЛОНЕФРИТ. 200 г очищенного картофеля натереть на мелкой тёрке, отстоять 1–2 часа, чтобы осел крахмал, затем осторожно слить сок (без крахмала), добавить сырой клюквенный сок из 50 г клюквы и 15 г сахара.

При обострении болезни, как только зазнобит и поднимется температура — съешьте 1–2 горсти клюквы и ложитесь спать. Именно съеденная на ночь, она оказывает благотворное действие. (Особенно при беременности, когда лекарства противопоказаны.)

ЛИШАИ. Я уже не помню форму лишая, по поводу которого обратилась ко мне одна жительница Нижневартовска. У сына был какой-то особый лишай, не поддающийся никаким аптечным мазям и лекарствам. Я посоветовал её сыну втирать в поражённые участки кожи сок раздавленной клюквы: не выжимать, а именно раздавить в пальцах и тотчас втирать. Делать несколько раз в день. Где-то через месяц женщина позвонила, полная восторга и благодарности: у сына все зажило, кожа чистая, никаких следов болезни не осталось. А ведь столько лет страдал!

КОЖНЫЙ ЗУД. Кстати, при кожном зуде растирают с 1/4 стакана свежего сока клюквы 200 г вазелина и 1–2 раза в день тонким слоем наносят на кожу в течение 5-10 дней. Иногда этого бывает достаточно.

* * *

Много у клюквы полезнейших свойств, однако и она не лишена противопоказаний. Ягоды отрицательно действуют при высокой кислотности и должны быть отменены при острых заболеваниях желудка и кишечника, при обострении язвы желудка и двенадцатиперстной кишки. Нельзя пользоваться клюквой при острых заболеваниях печени. Недопустимо сочетание клюквенных напитков и сока с сульфопрепаратами.

Княжик сибирский

В редких справочниках о лекарственных растениях встретишь упоминание о княжике — сибирской лиане. А между тем в тибетской и монгольской медицине листья, стебли и цветы княжика до сих пор используются очень широко, в том числе при онкологических заболеваниях. Во всяком случае, по моим наблюдениям, отвар травы княжика сибирского заметно облегчал состояние больных с запущенными формами рака лёгких, а при второй стадии этого заболевания, в комплексе с другими растениями, отмечалось полное излечение. В народе княжик применяют при туберкулёзе лёгких, некоторых болезнях сердца, печени, при нарушении обмена веществ, эпилепсии, как общеукрепляющее и улучшающее зрение средство. Наружно — при параличах, ревматизме, чесотке, для заживления ран.

РАК. Всего 1 чайная ложка травы заваривается в 2 стаканах кипятка, настаивать 1 час. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день при неоперабельном раке. У меня было два случая излечения — мужчины с раком лёгких 3В стадии и женщины с раком желудка тоже ЗВ стадии, когда помог княжик. Я тогда рискнул увеличить дозировку до 1 чайной ложки травы на стакан — суточная норма. По истечении многих лет оба считают себя здоровыми.

АСЦИТ. 1 чайную ложку травы залить 1 стаканом кипятка, настоять 30–40 минут, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день.

* * *

Княжик ядовит. Ни в коем случае нельзя пользоваться свежей травой. Самолечение исключается, так как это может привести к отравлению. Из собственных заключений могу сделать вывод, что княжик противопоказан при сердечно-сосудистых заболеваниях с пароксизмальной тахикардией и экстрасистолией.

Колокольчик обыкновенный

Применяются и другие виды колокольчиков: скученный, крапиволистный, перистолистный, жестковолосый, сибирский. Почти у всех назначения одинаковые — как антитоксическое, обезболивающее, противосудорожное, противоязвенное, кровоостанавливающее средство. Отвар травы и спиртовая настойка колокольчиков находит применение при эпилепсии, болезнях щитовидной железы, женских болезнях, ломоте в спине, вызванной поднятием тяжести. Имеются у колокольчиков и индивидуальные особенности. Например, отвар корней колокольчика круглолистного применяют при опухолях горла и новообразованиях в полости рта. Отвар корней колокольчика раскидистого считается полезным при гидрофобии — маниакальном страхе перед водой. Колокольчик сборный отлично проявляет себя при обильных менструациях, маточных кровотечениях в климактерическом периоде, белях. В этих случаях ещё Авиценна рекомендовал: «Собери фиолетовые колокольчики, высуши быстро и пей чай вечером»

Серьёзных противопоказаний к применению колокольчиков не установлено. Если судить по единичным примерам лечения лейкозов, то я бы не советовал применять колокольчики при лейкоцитозе.

Конопля посевная

Конопля из-за пристрастия к ней наркоманов, как и некоторые другие растения, исчезла из арсенала лечебных средств у травников, опасающихся обвинения в хранении наркосодержащих лекарств. Увы! А ведь в былые времена настойкой цветков на водке довольно успешно лечили астму, назначая по три капли на один приём. Хорошие результаты наблюдались при лечении некоторых психических заболеваний. Растение обладает успокаивающим, болеутоляющим и снотворным действием. Припарки из травы помогают при переломах кости, при груднице, хроническом ревматизме. К счастью, не приравнено к наркотикам конопляное семя, применяемое в народе при водянке, геморрое, циститах и уретритах, особенно при задержке мочи у детей, а также при сильном кашле, туберкулёзе лёгких, желтухе, воспалении предстательной железы.

* * *

У конопли имеются и противопоказания, подмеченные ещё в древности. По Авиценне «порождаемый ею сок скудный и плохой. Конопля вызывает головную боль… Конопля затемняет зрение. Она вредна для желудка… Конопля высушивает мужское семя…»

Копытень европейский

Его считают ядовитым растением, но это скорее всего относится к его высокой биологической активности. Напротив, копытень обладает противоядным действием при отравлении грибами и другими продуктами, особенно когда необходимо срочно вызвать рвоту.

В народной медицине корни копытня часто используют при эпилепсии, параличе языка, желтухе, подагре, ревматизме, гипертонии, мигрени, истерии, при бронхиальной астме, нервных заболеваниях, алкоголизме.

Мне доводилось наблюдать хорошие результаты при лечении не только бронхиальной астмы, но бронхоэктазы, пневмосклероза, рака лёгких и некоторых других опухолевых заболеваний. Алкоголизм, к сожалению, крайне редко поддаётся лечению копытнем.

ЭПИЛЕПСИЯ. 1 г сухого листа копытня залить 1 стаканом остуженной кипячёной воды, настоять 3 часа, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 2–3 раза в день при эпилепсии. (Я обычно завариваю 2 чайные ложки на стакан воды, применяя дополнительно марьин корень или другие средства.)

ОТЕКИ. Залить 4 г сухого измельчённого корня копытня 1 стаканом воды или молока, поставить на огонь и варить 2 минуты. После остывания процедить. Принимать по 1/4 стакана 4 раза в день как мочегонное.

* * *

Копытень способен повышать давление, поэтому при гипертонии с частыми кризами он исключается. Неумеренное пользование его корнями или листьями может вызвать явление гастроэнтерита, нефрита. Противопоказан копытень при беременности.

Кориандр посевной

В качестве зелени к столу кориандр противопоказан при язвенной болезни желудка и гиперацидных гастритах, а также ишемической болезни сердца и инфаркте миокарда, тромбозах и тромбофлебитах, сахарном диабете, гипертонии. Авиценна предупреждал: «Свежий и сухой кориандр разбивает силу похоти, прекращает эрекцию и высушивает семя».

Кто не боится всех этих противопоказаний, тот смело может использовать кинзу, как называют кориандр в народе, в качестве желчегонного средства при заболеваниях печени и желчного пузыря, для улучшения работы желудка, при бронхитах, неврозах, нарушениях обменных процессов, а также употреблять постоянно и в достаточном количестве для лечения псориаза.

Коровяк медвежье ухо

Медвежье ухо высоко ценят в народной медицине, используя и другие виды коровяков: метельчатый, густоцветный, лекарственный, тараканий, чёрный. Лечат самые различные заболевания. Лёгочные — начиная с простудного кашля, бронхита, бронхиальной астмы и вплоть до эмфиземы. Кожные — от диатеза и трещин на коже до экземы и псориаза. Применяют коровяк при болезнях желудка, почек, печени, селезёнки, при атеросклерозе, заболеваниях сердца, детской эпилепсии.

* * *

Серьёзных противопоказаний ко всем коровякам нет, разве что у некоторых больных может наблюдаться запор. Не лишним будет напоминание, что настой или отвар цветков необходимо тщательно процедить через несколько слоёв марли во избежание мельчайших волосков, которые способны вызвать раздражение пищевода и желудка. Не употреблять семена — они токсичны. Нельзя применять при беременности и в период кормления. Талин, содержащийся в коровяке, может оказаться канцерогенным — при раке надо проконсультироваться с врачом.

Коронария — кукушкин цвет

Настой травы коронарии эффективен при затяжном бронхите с выделением обильной мокроты. Кукушкин цвет, как её ласково называют в народе, устраняет боли в почках, останавливает маточные кровотечения. Настой травы дают пить при заболеваниях печени. Наружно отвар листьев применяют для удаления веснушек и пигментных пятен на коже.

* * *

Приём коронарии внутрь противопоказан при беременности.

Короставник полевой

Короставник применяется только в народной медицине. Его химический состав не изучен. Известно лишь, что растение обладает противовоспалительным, антисептическим и кровоочистительным действием. Настой травы в виде чая и спиртовой настойки каплями — испытанное средство при хронических кожных заболеваниях. Отсюда и пошло название короставника — от слова «короста».

У меня сложилось мнение, что короставник прежде всего положительно действует на кишечную флору, и следовало бы целенаправленно исследовать его лечебные свойства при дисбактериозе. Ведь не случайно короставник назначают при зуде и свищах заднего прохода.

Короставник находит применение и при кашле, бронхите, болезнях горла, при воспалении мочевого пузыря. При нейродермитах, застарелых экземах, псориазе и других кожных заболеваниях хорошие результаты дают ванны с травой короставника.

* * *

Конкретных противопоказаний у короставника пока не выявлено, разве что в начальный период лечения разного рода дерматитов может наблюдаться резкое обострение болезни и напуганные больные перестают принимать лекарство. В таких случаях надо проявить терпение и продолжить лечение.

Кошачья лапка

Кошачья лапка по действию не уступает бессмертнику песчаному. Настой цветочных корзинок назначают при болезнях печени и холециститах как сильное противовоспалительное и желчегонное средство. Кроме того, кошачья лапка даёт хорошие результаты при желудочных, кишечных, лёгочных, носовых, маточных и геморроидальных кровотечениях. Настой травы пьют при воспалении горла, бронхитах, туберкулёзе лёгких, гастрите, поносе, дизентерии, нарушениях менструального цикла. В виде настоя кошачья лапка используется в виде примочек и припарок при затвердении молочной железы, увеличении щитовидной железы и других опухолях, абсцессах, ушибах, глазных болезнях и как болеутоляющее при подагре.

* * *

Дозировка может быть разнообразной ввиду неядовитости растения, но при варикозах и тромбофлебите лучше воздержаться от его применения. Кошачья лапка поднимает давление, что осложняет её использование при гипертонии.

Крапива двудомная

Космополит и самый распространённый сорняк — крапива вхожа чуть ли не в каждую семью и в виде весенних оздоравливающих витаминных щей, и как лекарство от многих заболеваний. Для лечебных целей используются не только листья и корни, но и цветки, семена, а также сок из свежей травы. К примеру, сок и свежие семена применяют при остеомиелите, при лечении варикозных и трофических язв, соком натираются в стремлении избавиться от витилиго. Отваренные с сахаром корни и растёртые в эмульсию высушенные семена употребляют при почечно-каменной и желчнокаменной болезни. Отвар цветков пьют при диабете, хронических кожных заболеваниях, раке. Крапива увеличивает количество эритроцитов в крови, влияет на углеводный обмен, поэтому к ней часто прибегают за помощью при анемии: порошок из высушенных листьев смешивают с мёдом и принимают по чайной ложке несколько раз в день.

* * *

Не стану перечислять здесь все полезные свойства крапивы и тот не один десяток заболеваний, при которых она применяется. Рецептов с использованием крапивы существует множество, поэтому легко впасть в заурядное повторение. А вот на оборотную сторону медали взглянуть стоит. Необходимо помнить, что препараты крапивы противопоказаны при повышенной свёртываемости крови, гипертонии, атеросклерозе. Помогающая при многих женских заболеваниях, крапива тем не менее противопоказана при кровотечениях, вызванных полипами, кистой, опухолями яичников и матки.

Это не голые слова. В монографии Е. А. Орловой «Фитотерапия» (Москва, 2001) читаю о крапиве «Противопоказания и побочные явления не выявлены», а ведь это могло привести к большим неприятностям, тем более что во многих справочниках нет таких противопоказаний. Но вот случай из жизни. Молодая женщина попала в больницу с сильным маточным кровотечением. Врачи кое-как своими средствами (викасолом, аминокапронкой и ещё чем-то) сумели приостановить угрожающее жизни кровотечение и выписали больную, хотя, как говорят в таких случаях, ещё «мазало». Посоветовали: пейте настой крапивы, лучше всех лекарств поможет.

Травник посоветовал то же самое, дал крапиву и указал дозировку. Через несколько дней эта женщина вновь оказалась в той же больнице в ещё худшем состоянии. Её муж в отчаянии вспомнил обо мне (года три назад я вылечил ему язву двенадцатиперстной кишки), пришёл просить спасти жену, остановить кровотечение. Пришлось взяться. Через несколько дней женщину выписали домой, но она ещё три недели пила весь назначенный комплекс, который я подобрал для неё, а попутно начали лечить её основное женское заболевание. Всё обошлось хорошо. А насчёт противопоказаний я оказался прав. Поэтому и пишу эту книгу: не столько ради рецептов, сколько ради предостережений. Особая осторожность нужна при заболеваниях почек.

Крапиву нельзя применять при беременности, особенно в последние месяцы перед родами. Такие же противопоказания имеют жгучая и крапива коноплёвая. Сырая крапива может вызвать поражение почек. В пищу крапиву и её препараты нельзя применять при веснушках, пигментных пятнах на коже, так как повышается чувствительность к солнечным лучам.

Крестовник обыкновенный

Растение ядовитое. Широкого применения не находит, однако знахари умело используют настой травы как средство, регулирующее менструации. Соком растения выводят глисты, каплями назначают при судорогах. Корень настаивается на водке и действует как кровоостанавливающее средство. Растёртые с маслом свежие листья прикладывают к затвердевшей молочной железе, геморроидальным шишкам, нарывам.

СТЕНОКАРДИЯ, НЕВРОЗ СЕРДЦА. 5 столовых ложек (без горки) крестовника обыкновенного залить 0,5 л водки, настоять 1 месяц, почаще встряхивая. Процедить. Принимать по 30 капель 3 раза в день на ложке воды.

КЛИМАКС. 1 чайную ложку сухой травы залить 2 стаканами кипятка, настаивать 1 час, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день до еды.

МАСТИТ. Траву крестовника растереть с подсолнечным маслом, отбрасывая грубые ветки, прикладывать к молочной железе при её затвердении (мастите, мастопатии).

* * *

Внутреннее применение крестовника обыкновенного требует осторожности. Обладая обезболивающим действием, он при передозировке может вызвать болезненные явления в печени. Противопоказан при беременности.

Крестовник широколистный

Он более известен, чем крестовник обыкновенный и крестовник суходольный. Из него фармацевтическая промышленность вырабатывает лечебный препарат платифиллин, который обладает сильным антиспазматическим и болеутоляющим действием. Настойка самого растения тоже успокаивает боли при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, почечных и печёночных коликах, при воспалении толстой кишки и желчного пузыря. Применяют крестовник при параличах, бронхиальной астме, стенокардии, судорожных состояниях.

* * *

При заболеваниях желудка с низкой кислотностью от крестовника необходимо отказаться. С осторожностью использовать при заболеваниях почек и печени. Не назначать при низком артериальном давлении. Крестовник противопоказан при беременности и заболеваниях надпочечников. Не применять при глаукоме — повышает внутриглазное давление, расширяет зрачки.

Кровохлёбка лекарственная

В древнерусских домостроевских лечебниках она была известна под названием «совиные очи», ей приписывали не только лечебные, но и магические свойства. Кстати, кровохлёбку не советуют сушить на железных противнях — считается, что при соприкосновении с металлом она утрачивает целительную силу. В современных справочниках по траволечению указывается на применение кровохлёбки при маточных и других кровотечениях, острых энтероколитах и дизентерии, при стоматитах, гингивитах и других болезнях полости рта, наружно при дерматите, экземе, нейродермите, для сидячих ванн при наружном геморрое. Ощутимую пользу приносят настойки и отвары корней кровохлёбки при целом ряде онкологических заболеваний, я не без успеха включал их в комплексы лечебных средств против рака матки, молочной железы, носоглотки, щитовидной железы, желудка, прямой кишки.

Кровохлёбка относится к тем растениям, которые круглый год у меня под рукой, в домашней аптеке. Всегда готовлю настойку не по чужим прописям, а как сложилось на практике: измельчёнными корнями заполняю половину трёхлитровой банки и доверху заливаю водкой. Настаиваю 2–3 месяца. Пользоваться можно уже через месяц, но процеживаю позже.

ЗУБНАЯ БОЛЬ. Разболелись вдруг зубы. В прежние годы я обычно пользовался настойкой белены — подержишь тампон на зубе минут десять и боль утихает. Но не надолго. Попробовал подержать тампоны с настойкой кровохлёбки — хватило трёх-четырёх процедур, чтобы боль исчезала на полгода-год. Дорогу к стоматологу давно забыл. Оказалось, что кровохлёбка не только утоляет боль, но и лечит зуб, лечит десны — пародонтоз. Практика убедила.

САЛЬМОНЕЛЛЁЗ. Вернулась племянница из путешествия к верховьям Белой. На вокзале в Мелеузе перекусила какими-то полусырыми пирожками и забродившим кефиром. Едва до дома добралась. Пока брали анализы, начал поить её настойкой кровохлёбки: 1 столовую ложку настойки на стакан кипячёной тёплой воды. Сна чала пила по полстакана 3–4 раза в день, а через два дня такая надобность отпала — хватало по четверти стакана. В анализе действительно высеяли сальмонеллу, но без всяких других лекарств болезнь была побеждена за две недели — об этом свидетельствовали последующие анализы. Гастроэнтерологу оставалось только удивляться.

РАК. Отвар корней кровохлёбки из расчёта 1 столовая ложка на стакан воды, кипятить на слабом огне полчаса, настоять 4 часа — я использовал на примочки при неоперабельном раке молочной железы, раке щитовидной железы, саркоме бедра и ряде других опухолей, например, меланосаркоме щеки, при необходимости давая этот отвар и внутрь по столовой ложке 2–3 раза в день, включая в общий комплекс лечения.

ЭРОЗИЯ ШЕЙКИ МАТКИ, ТРИХОМОНАДНЫЙ КОЛЬПИТ. Таким же отваром корней ежедневно производились спринцевания (в первые две недели подряд, а по улучшении — через день. В критические дни лечение на несколько дней прерывалось — два-три дня до, и столько же — после окончания цикла.

* * *

Кровохлёбка противопоказана при беременности. Употребление препаратов кровохлёбки необходимо прекратить при возникновении запоров, так как они замедляют перистальтику кишечника. Кроме того, они суживают кровеносные сосуды, поэтому с осторожностью назначаются при гипертонии, спазмах головного мозга, вызванных указанной причиной.

Крушина ломкая

Издавна славится своим нежным слабительным действием. Высушенная кора крушины должна пролежать не менее одного года, пока в ней не разрушатся антранолы, сильно раздражающие слизистую желудка.

* * *

При больших дозах или длительном применении препаратов коры крушины может возникнуть гиперемия органов малого таза, что опасно при беременности, различных гинекологических заболеваниях, склонности к маточным кровотечениям.

Крыжовник обыкновенный

Он превосходит по своим лечебным свойствам малину, вишню, яблоки. Ягоды употребляют при заболеваниях ночек, мочевого пузыря, пищеварительного тракта и желудочных резях, кожных заболеваниях, нарушениях обмена веществ, излишней полноте. Крыжовник оказывает благоприятное действие на сердечно-сосудистую систему, укрепляет стенки кровеносных сосудов. В результате сезонного лечения отступает анемия, какого бы происхождения она ни была. Особенно полезен крыжовник пожилым людям. Ежегодное лечение крыжовником служит хорошей профилактикой от появления опухолей.

ПОЧКИ. За 2–3 недели систематического приёма крыжовника по 1 стакану 3 раза в день можно заметно подлечить воспаление в почках и мочевом пузыре.

КЛИМАКС. В настоящее время опытные целители успешно лечат за сезон крыжовника, то есть за 3–4 недели, климактерические затяжные кровотечения, назначая до килограмма в день свежий крыжовник — дробными порциями.

РОЖИСТОЕ ВОСПАЛЕНИЕ (любое острое воспаление кожи). Готовить из расчёта 2–3 столовые ложки ягод на стакан воды. Кипятить на слабом огне 10 минут. Тщательно процедить через несколько слоёв марли. Делать примочки на поражённые места, фиксируя на 5–8 часов. Дать коже отдохнуть 1–2 часа, и снова поставить примочку.

ВОСПАЛЕНИЕ ГОРЛА. Безотказное средство — сок свежего крыжовника, смешанный с небольшим количеством мёда. Обычно пьют по 1/3 стакана сока в день перед едой.

АНЕМИЯ. Какого бы она ни была характера, через 3–4 недели лечения нормализуется формула крови. Особенно хорошо помогает пожилым людям и детям. Употреблять по 1/4-1/3 стакана в день 3 раза перед едой.

ОЖИРЕНИЕ. Лечебная диета со свежим крыжовником и его соком помогает восстановить разлаженные обменные процессы и сбросить 6–8 лишних килограммов.

* * *

Однако и у крыжовника имеются свои «но». Крыжовник противопоказан при диабете. Нельзя употреблять его в качестве лечебного средства при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, гастритах, колитах. Кожица ягод и косточки могут вызвать обострение энтероколита.

Кубышка жёлтая

Пользуется большой популярностью не только в знахарской практике, но и в гомеопатии: эссенцию из свежих корневищ применяют при половом бессилии и при опущении матки. В народной медицине кубышку назначают при воспалении почек и мочевого пузыря, гастрите, ревматизме, чрезмерных менструациях, кожных болезнях, трихомонадных заболеваниях.

РАК МОЧЕВОГО ПУЗЫРЯ. Корни кубышки жёлтой я изредка применял при запущенном раке мочевого пузыря. Заваривал 1 чайную ложку сухих корней в стакане кипятка, настаивал 1 час. Давал пить по 1/4 стакана 3–4 раза в день в промежутках между едой. Настой прекращал кровотечение, обезболивал и улучшал мочеиспускание. Возможно, этому способствовал весь назначаемый комплекс с другими трава-

ИМПОТЕНЦИЯ И ФРИГИДНОСТЬ. 1 столовую ложку измельчённых корней залить 1 стаканом кипятка, настаивать 30 минут. Принимать только по 1 столовой ложке 3 раза в день в промежутках между едой. Дозу увеличивать нельзя — появятся рвота, понос, сонливость. Большая передозировка, если сразу выпить весь стакан, может вызвать паралич нервной системы и смерть.

* * *

Растение ядовитое. Настойка кубышки жёлтой в малых дозах вызывает возбуждение, а в больших — угнетение центральной нервной системы. Препараты кубышки при разумном обращении с ними переносятся хорошо. Во время лечения трихомонадного кольпита и молочницы могут возникнуть гиперемия, отеки наружных половых органов. Иногда наблюдается индивидуальная непереносимость.

Кукуруза

Первым из европейцев, увидевших кукурузу, был Христофор Колумб. В лечебных целях начали использовать её и вовсе в недавние времена, открывая разносторонние лечебные свойства. Кукурузным маслом стали лечить атеросклероз, астму, мигрень, заболевания кожи. Клиническими исследованиями было установлено, что экстракт кукурузных рылец растворяет почечные камни, а водный настой обладает кровоостанавливающим действием при кровотечениях и воспалительных процессах придатков матки. Экстракты и отвары рылец прекрасно проявили себя при лечении холецистита, холангитов с задержкой желчеобразования.

ПАНКРЕАТИТ. Кукурузу молочно-восковой спелости, особенно белых сортов, варить вместе с обёртками и рыльцами початков до мягкости. Отвар принимать по 1 стакану 3 раза в день.

ГЛАУКОМА, КРОВОИЗЛИЯНИЕ В ГЛАЗ. Сухие кукурузные рыльца измельчить, 15 г залить 1 стаканом кипятка, настоять 40 минут, процедить. Принимать по 2–3 столовые ложки 3–4 раза в день.

ПОЧЕЧНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ. 1 десертную ложку кукурузных рылец залить стаканом кипятка, варить на слабом огне 20 минут, настоять полчаса, процедить и пить по 2 столовые ложки через каждые 3 часа. Во время лечения ограничить себя в соли и жидкости.

СЕННАЯ ЛИХОРАДКА, МИГРЕНЬ. Съедать по 1 столовой ложке кукурузного масла ежедневно за едой при трёхразовом питании.

ЗУД НАРУЖНЫХ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ. Взять 1 чайную ложку кукурузного масла, 1 желток свежего куриного яйца, 1 столовую ложку измельчённых в кашицу ядер грецкого ореха, предварительно поджаренного. Мазать наружные половые органы после принятия ванны или душа.

* * *

Выявились и противопоказания. Кукурузные рыльца ощутимо повышают протромбин, поэтому их не принимают при повышенной свёртываемости крови, тромбозах и тромбофлебитах. От кукурузы необходимо воздержаться при пониженном аппетите и низкой массе тела, она не желательна при истощении организма. Ставшие популярными кукурузные хлопья с сахаром — неудобоваримы и вредны.

Купена лекарственная

Это растение давно привлекло моё внимание налётом какой-то таинственности. Стебель не прямой, а согнутый в полудугу, будто тяжёлую ношу несёт на себе. Листья словно в очередь выстроились — поднимаются от корня к вершине равномерной чередой и тоже слегка поникшие. Чем-то похожи на листья ландыша. И под каждым листочком продолговатый колокольчик цветка, тоже похожего на цветок ландыша. И аромат у него приятный. Но самое примечательное — корень. Пролегает он в земле неглубоко, но в длину иногда превышает 30–40 сантиметров. Очищенный от мелких корневищ, он напоминает обглоданную шею гуся или барашка — весь состоит из суставчиков. Когда стебель отмирает, на его месте и остаётся такой суставчик. Их бывает десять, пятнадцать, иногда до тридцати и больше. Отомрёт этот стебель, который сейчас передо мной, а к будущей жизни уже готов зародыш следующего. Иногда он бывает настолько большой, что похож на розовато-белый клык. В народе купену часто так и называют: волчий клык. Но самое главное: вглядитесь в суставчики, как бы выточенные из слоновой кости — на каждом из них одинаковая старинная чёрная печать. По преданию, это печать мудрого царя Соломона, сам проживший очень долгую жизнь, он якобы отметил печатью растение, способное продлить человеческую жизнь.

Да простится мне такое длинное лирическое отступление в книге, предназначенной для других целей. Вот и вернёмся к ним.

В народной медицине купена используется довольно широко при самых различных заболеваниях. Лечат ею воспаление лёгких, острый бронхит, язву желудка и двенадцатиперстной кишки, грыжу, ревматизм, боли в спине, остеохондроз, подагру, артрит, сердечные недомогания, сахарный диабет, гинекологические заболевания.

Особое место занимает корень купены в профилактике и лечении гормонозависимых опухолей у женщин и мужчин. Готовится настойка из сухих корней. Я обычно кладу 5 столовых ложек на 0,5 л водки, настаиваю не меньше месяца. По медицинским канонам 100 г корней заливают одним литром 70° спирта и настаивают 20 дней. Разницы большой я не нахожу, разве что настаивать приходится подольше.

АДЕНОМА ПРОСТАТЫ. Для профилактики принимают 10 капель настойки утром, после еды. Для лечения по 10–15 капель утром и днём (водочную настойку), так же после еды. Чем раньше начнёт мужчина принимать эти капли, тем больше гарантий в благоприятном результате. Кроме того, купена — профилактика возникновения рака простаты.

Если аденома запущенная, на купену не жалуйтесь, принимайте другие меры. Но попутно можно и их продолжать, эти капельки. Пойдут только на пользу.

МАСТОПАТИЯ, ФИБРОАДЕНОМАТ03 МОЛОЧНЫХ ЖЕЛЕЗ, ФИБРОМЫ, ФИБРОМИОМЫ, МИОМЫ МАТКИ. Чем раньше начато лечение, то лучшие результаты оно даёт. Допустим, на ранних стадиях, при 5-7-недельном сроке миомы, это практически сто процентов излечения и обратного процесса развития. Это же касается мастопатии молочных желез: чем раньше начато лечение купеной, тем быстрее результат. Применение купены — это к тому же профилактика возникновения рака молочных желез, матки и яичников. (Если вес больной превышает 100 кг, то утром принимать по 20 капель, днём — 10–15.) Обычная доза по 10 капель 2 раза в день.

ОБЛИТЕРИРУЮЩИЙ ЭНДАРТЕРИИТ, ОБЛИТЕРИРУЮЩИЙ АТЕРОСКЛЕРОЗ СОСУДОВ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ, АТЕРОСКЛЕРОЗ СОСУДОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА, АОРТЫ, СОСУДОВ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ, (А ТАКЖЕ ИШЕМИЧЕСКАЯ БОЛЕЗНЬ СЕРДЦА, ПОСТИНФАРКТНЫЙ КАРДИОСКЛЕРОЗ, АТЕРОСКЛЕРОЗ СОСУДОВ СЕРДЦА). Готовится отвар из корней из расчёта 1 столовая ложка на 0,5 л кипятка; в эмалированной посуде при закрытой крышке подержать на малом огне, не давая кипеть, затем час настоять, процедить. Пить по 1/3-1/2 стакана 4 раза в день независимо от еды. И одновременно не оставлять в стороне спиртовую настойку, принимая утром и вечером по 10 капель.

СИНДРОМ РАЗДРАЖЁННОГО КИШЕЧНИКА, КОЛИТ. Отвар из корней готовится точно так же. Принимать по полстакана 3–4 раза в день независимо от еды в течение 1–1,5 месяца.

РАДИКУЛИТ, РЕВМАТИЗМ, БОЛЕЗНИ СУСТАВОВ, ПОДАГРА. Настойку принимать внутрь по 10 капель 2 раза в день и ежедневно делать растирания этой же настойкой.

ДИАБЕТ ИНСУЛИНОЗАВИСИМЫЙ. Готовить такой же отвар из расчёта 1 столовая ложка на 0,5 л кипятка, пить по полстакана 4 раза в день. Для профилактики диабетической ангиопатии нижних конечностей принимать по 10 капель настойки утром и днём вне зависимости от еды.

Может возникнуть вопрос: почему при таких разных заболеваниях одно и то же средство и именно в такой дозировке, которую превышать нельзя? Это прежде всего необходимо для всех сосудов организма, лекарство проникает даже в самые мелкие капилляры, очищает и укрепляет их.

* * *

Купена — растение ядовитое. Корни, трава, цветки и ягоды обладают рвотным действием. Передозировка может привести и к более неприятным, даже опасным явлениям. Купена противопоказана при беременности.

Лабазник вязолистный, таволга вязолитсная

Дождя нет и, похоже, не будет, а тихий пасмурный день только усиливает запахи, особенно в низине, где из густой травы высовываются белопенистые метельчатые соцветия таволги. Запах истомный, какой-то медово-сладко-душистый, сильный и в то же время не резкий, обволакивающий. Так и хочется не просто нюхать, а дышать им во все лёгкие, запоминая запах лета. Вот уже корзина полна ароматными гроздьями цветков, должно на всю зиму хватить, а покидать заросли таволги не спешу.

Между прочим, разложенные на просушку цветы начинают пахнуть ещё сильнее, так же душисты они высохшие, и приходится хранить их в закрытых стеклянных банках.

Таволга вязолистная снабжает меня и листьями, и корнями — все это найдёт своё применение. Препараты лабазника в народе широко применяют при поражениях мышц и суставов ревматизмом. Используют как мочегонное при болезнях почек и мочевого пузыря, как болеутоляющее при воспалительных процессах в желудке. Неплохо проявляет себя лабазник при лечении некоторых онкологических заболеваний. Отвар травы помогает при бронхиальной астме, бронхите, пневмонии. Установлено, что 20 %-ная настойка травы на 20 %-ном спирте обладает антибактериальным действием и способствует скорейшей эпителизации трофических язв. Лечат лабазником невралгию, межрёберную невралгию, неврит лицевого и тройничного нервов; воспаление седалищного нерва, применяют его при эпилепсии, а также как седативное средство. Неожиданно приносит пользу лабазник и при других заболеваниях.

ГЕПАТИТ. 1 столовую ложку сухой травы кладут в стакан воды, кипятят на слабом огне 3–4 минуты, настаивают 2 часа. Принимают по 1–2 столовые ложки 3 раза в день до еды.

ОТЕКИ (сердечного происхождения). 1 чайную ложку цветков заливают стаканом кипятка, настаивают 1 час, процеживают. Пить по полстакана 3 раза в день до

ПСОРИАЗ. 1 часть порошка цветков смешать с 4 частями вазелина (или другого жира). Смазывать поражённые места.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. 1 столовую ложку измельчённых корней залить стаканом кипятка, поставить в кипящую водяную баню, парить 30 минут, через 10 минут процедить. Принимать по 1/4 стакана 3–4 раза в день.

БЕЛИ. 1 столовую ложку травы на 1 литр горячей воды, кипятить полчаса, дать немного остыть и процедить. Использовать в тёплом виде для спринцевания.

ПОЛИПЫ ЖЕЛУДКА И КИШЕЧНИКА. 1 полную столовую ложку травы залить 0,5 л кипятка, дать покипеть 2–3 минуты, настоять 2 часа, процедить. Принимать по трети стакана 4–5 раз в день до еды и в промежутках между едой. Курс до 2 месяцев.

ПОЧКИ, МОЧЕВОЙ ПУЗЫРЬ. При заболеваниях почек и мочевого пузыря, в том числе и желудка, 2 чайные ложки цветков залить стаканом кипятка, настоять 4 часа и пить по 1/3 стакана 4 раза до еды.

ГРИПП. Примчался весь переполошённый главврач медсанчасти крупного банка, мой давний знакомый: у шефа грипп, начался сегодня вечером, а ему через два дня позарез надо лететь в загранкомандировку. Неужели ничем помочь нельзя? К счастью, дома у меня был готовый настой, заранее сделал — в городе эпидемия. Дал я ему флакон, научил как пользоваться. А через два дня звонок: спасибо, дружище, шеф улетел, от гриппа никакого следа. А дал я настой, который специально готовлю к началу появления гриппа. Секрет очень прост. Половину стакана заполняю сушёными цветами лабазника, заливаю 200 мл холодной кипячёной воды, закрываю крышкой и настаиваю 12 часов (обычно на ночь). Утром вливаю в настой 50 мл спиртовой настойки календулы (только не аптечной — она почему-то не срабатывает). Настаиваю ещё 1–2 часа и процеживаю, отжимая через несколько слоёв марли. Состав готов. Для профилактики его пьют по половине чайной ложки 3–4 раза в день, в острый период — по 1 чайной ложке. Если захватить грипп в самом начале, в первый день, уже на следующий день можешь считать себя здоровым. Запустил на двое суток — переболеешь в самой лёгкой форме. На третьи или четвёртые сутки только немножко облегчает состояние. Мой товарищ успел вовремя: в тот же вечер начал лечить своего шефа. Кстати, этот настой из цветков лабазника и настойки календулы такое же действие оказывает при ГЕРПЕСЕ. Чуть только он наметился на губах — сразу надо начинать пить лекарство — и никаких высыпаний не будет.

Так и быть, ещё один неплохой рецепт приведу, кому-нибудь пригодится.

ЖЕНСКОЕ БЕСПЛОДИЕ. Здесь надо по весу брать равные части цветков таволги, цветков клевера красного и цветков липы. Измельчить, смешать. 3 столовые ложки смеси залить 1 л кипятка, закрыть крышкой и настоять 2 часа. Пить по 1 стакану 2 раза в день за полчаса до еды.

* * *

Лабазник малотоксичен. Но нельзя долго пользоваться им при гипотонии. От лабазника приходится отказываться при колитах с упорными запорами. Лабазник содержит салицилаты (салициловый альдегид, метиловосалициловый эфир), оказывая потогонное действие — поэтому час-другой желательно посидеть дома, чтобы не простыть. И следить за составом крови.

Лавр благородный

Он пригоден не только для борща и ухи. Ещё в древности умели пользоваться им в лечебных целях. По мнению Гиппократа, если разложить листья лавра у постели роженицы, это успокоит родовые потуги. Гален рекомендовал заваривать лавровый чай при болях от камней в почках. Авиценна считал, что лавр полезен для слуха и помогает от шума в ушах. Арабский врач Радес лечил листьями лавра нервный тик лица. В народелавром лечат артрит, подагру, ревматизм. Лавровый лист нормализует углеводный обмен, что позволяет применять его при сахарном диабете. Лавровым маслом натираются при параличах, судорогах, ревматизме. Лавр применяют даже при онкологических заболеваниях.

РАК ГОРЛА. 1 стакан измельчённого лаврового листа залить 0,5 л водки, настоять 2–3 недели в тёмном месте, в тепле, периодически встряхивая. Процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день за полчаса до еды до излечения при раке горла. Это испытано с положительным результатом в двух случаях. Вот один из них, недавний. С раком ротоглотки обратилась ко мне Варя Ч., с 3-й стадией, почти не могла разговаривать — перестарались с лучевой терапией и сожгли голосовые связки. Химиотерапию прошла один только раз, потом отказалась, когда резко упали в крови лейкоциты. В нашем лечении ведущими и постоянными средствами были зверобойное масло, настойка лавра, сосновый мёд с цветками сосны, болиголов по схеме, ежедневные полоскания отваром корней любистка, сок дурнишника, чередовались трава подмаренника цепкого, лист чёрной ольхи, настой травы и настойка корней полыни обыкновенной, очиток пурпурный, донник жёлтый, будра плющевидная, буквица лекарственная. Три раза менялся состав противоопухолевого, противометастатического бальзама. Когда в 2005 году Варю признали окончательно здоровой и сняли со второй группы инвалидности, она была безмерно счастлива и в то же время нет-нет да вздыхала с грустинкой: снятая с инвалидности, она утратила право на ежемесячное денежное пособие и право на бесплатные лекарства. Вот и выбирай тут, что лучше…

ПСОРИАЗ. Отобрать 10 сухих, здоровых — без пятен — листьев, залить в термосе 0,5 л кипятка, настоять 2 часа. Принимать по полстакана 3 раза в день незадолго до еды.

АРТРИТ, БОЛЬ В СУСТАВАХ. 5 г измельчённого листа залить 1,5 стаканами кипятка, закрыть крышкой и покипятить слегка 5 минут, настоять 3 часа вместе с листьями в термосе. Процедить. Пить мелкими глоточками в течение дня (сразу нельзя!). Курс лечения 3 дня. Это не вылечит болезнь, но боль снимет.

ДИАБЕТ. 10 листьев залить 3 стаканами кипятка, настоять 3 часа. Пить по полстакана 3 раза в день. Через 10–15 дней сахар войдёт в норму. Обязательно сделать перерыв на пару недель.

РЕВМАТИЗМ, ПРОЛЕЖНИ. Отсчитать 90 листиков (это 30 г), измельчить и залить 1 стаканом растительного масла. Настаивать в тепле 10 дней (или парить 1 час в кипящей водяной бане). Процедить. Втирать в суставы или пролежни.

ПАРАЛИЧ, СУДОРОГИ. 30 г измельчённых листьев настоять 7–8 дней в стакане льняного или подсолнечного масла в тёплом месте. Процедить, отжать. Ежедневно втирать в парализованные части тела, втирать при судорогах.

ЯЧМЕНЬ. В народе делают так: берут три крупных лавровых листа и заваривают их в кружке кипятка. Накрыть блюдцем и, когда немного остынет, можно выпить, не сразу, а понемногу, пока настой не остыл. Так делать каждый час, заменяя листья новыми. Всего надо выпить за день чашек 6–7, с утра до вечера. За ночь ячмень созреет, и к утру его не будет.

* * *

Главное предупреждение: не путать, покупая на рынке, лавр благородный с лавровишней, все части которой ядовиты.

Лавр противопоказан при гломерулонефрите, склонности к кровотечениям. Нельзя пользоваться им при беременности. Имеет противопоказания при амилоидозе (поражении печени, почек, селезёнки и других органов, вызываемых крахмалоподобным веществом — амилоидом).

Ламинария — морская капуста

Немало восторженных слов приходилось слышать от обожателей морской капусты: мол, без неё и жизнь — не жизнь. Как-то сам попробовал блюдо из настоящей морской капусты — ничего, есть можно. Но я не хотел бы оказаться на месте средневекового жителя Китая, когда по распоряжению одного из императоров все жители этой огромной страны обязаны были постоянно есть морскую капусту. Её доставляли за государственный счёт до самых дальних границ империи, вплоть до Туркестана, кстати в отношении зоба неблагополучные районы, где местные лекари — хакимы лечили морской капустой эту болезнь.

Что и говорить, даже в наши дни неблагополучные в отношении йода районы снабжаются йодированной солью или йодированной бутилированной водой, в магазинах продаются консервы с ламинарией, а в аптеках всякого рода препараты из

Ламинария заслуживает немало похвальных слов при лечении зоба, лёгких форм базедовой болезни. Кроме того, ламинария уменьшает содержание холестерина в плазме, задерживает развитие атеросклероза, способствует восстановлению нормальной проницаемости сосудов, уменьшает свёртываемость крови и опасность сосудистых тромбов. Используют морскую капусту и как лёгкое слабительное, и при ожирении.

* * *

Правда, морская капуста не терпит легкомысленного отношения к себе. Она опасна при любом заболевании почек, а при нефрите и нефрозе и думать о ней не смей. При туберкулёзе — нельзя, при геморрое — нельзя, при геморрагических диатезах — нельзя. Она противопоказана при фурункулёзе и угревых сыпях, крапивнице. Даже хронический ринит служит противопоказанием. А главное в другом: при длительном применении ламинарии вы рискуете заработать остеопороз, то есть изрешечение костей, их хрупкость и ломкость.

Вот почему я не хотел бы жить при упомянутом китайском императоре — при нём никто не стал бы считаться с моими противопоказаниями, а любое принуждение я не выношу с детства.

Ландыш майский

«Ландыш серебристый» — так назывались любимые мамины духи. Неравнодушно отношусь я к этим нежным, душистым цветкам, особенно после того, как не стало мамы. Принёс из леса и посадил их среди других лекарственных трав в саду. Не для заготовок, конечно, а чтобы росли рядом, на виду.

А заготавливаю я их в небольшом количестве, отдельно листья, отдельно цветки — из них, из свежих, делаю настойки. Они оказывают тонизирующее действие на сердечную мышцу, успокаивающе действуют на центральную нервную систему.

Ландышевой настойкой пользуются также при астме, эпилепсии, судорогах, параличе, апоплексическом ударе, базедовой болезни, головной боли и боли в желудке, при недомоганиях, вызванных тяжёлой физической работой.

БОЛЕЗНИ СЕРДЦА. Сердечные гликозиды ландыша действуют довольно слабо, так как им свойственно быстро разлагаться в желудочно-кишечном тракте. Их можно усилить в сочетании с настойкой валерианы или боярышника, но опять-таки их действие избирательное — при боли в сердце с резко выраженным нервным фоном.

Настойка готовится из свежих цветков, составляющих 3/4 банки, спиртом долить доверху. Настоять 2–3 недели, процедить. Принимать по 10–15 капель с водой 2–3 раза в день (сроки обычно не указываются, потому что гликозиды ландыша не кумулируют, то есть не накапливаются в организме).

СУДОРОГИ. 4 грамма свежих цветков залить 1 стаканом кипятка. После остывания процедить. Принимать по 1 столовой ложке каждые 2 часа.

УГРОЗА КРОВОИЗЛИЯНИЯ В МОЗГ — настой делать такой же, только принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день.

БАЗЕДОВА БОЛЕЗНЬ — такой же настой из 4 г цветков на стакан кипятка, и принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день.

ГЛАУКОМА. 1 чайную ложку свежих цветков, полстакана свежих листьев крапивы майской, влить столовую ложку воды, настоять 8–9 часов в тёмном месте, затем добавить пол чайной ложки питьевой соды. Полученную массу прикладывать к глазам.

КОНЪЮНКТИВИТ. 10 капель настойки ландыша разбавить 90 каплями тёплой кипячёной воды. Намочить марлевый тампон и прикладывать к глазам.

* * *

А это надо запомнить: настойка цветков ландыша противопоказана при резких органических изменениях сердца и сосудов, остром миокардите, эндокардите и резко выраженном кардиосклерозе.

Не рекомендуется принимать ландыш при острых заболеваниях печени и почек.

Ядовиты созревшие красные ягоды — это надо объяснить тем, кто не знает и, главным образом, детям.

При передозировке или отравлении ландышем главные признаки: тошнота, рвота, диарея, различные виды аритмии, парасистолия, желудочковая тахикардия, мышечная слабость, головная боль, аллергические высыпания на коже, перевозбуждение, нарушение зрения и цветового восприятия.

Лапчатка гусиная

Из всех видов лапчаток она, пожалуй, самая распространённая и доступная. Её жёлтенькие цветки в розетке кудрявых листьев можно увидеть повсюду, иногда сплошными ковровыми зарослями. Растение невысокое, непарноперистые листья сверху ярко-зелёные, а с изнанки почти что белые, сильноопушенные. Растение очень доступное, и многие любители траволечения могут иметь её в своей домашней аптеке.

Давно подмечено, что отвар травы уменьшает и прекращает различные судороги — даже при столбняке. Никаких натираний лимоном не нужно при судорогах икр и вообще судорожного состояния мышц — достаточно попить настой травы. Лапчатка гусиная эффективна при многих, причём довольно распространённых заболеваниях. Страдает человек от удушья — лапчатка поможет. Мучаются женщины от болезненных менструаций и кровотечений — лапчатка гусиная станет их спасительницей. Отвар травы эффективно применяют при поносах с коликами. Поможет лапчатка при камнях в почках. Есть очень верный способ избавиться от желчных и печёночных камней. Правда, здесь потрудиться надо: приходится отжимать сок из лапчатки гусиной и зелёной, едва ещё входящей в колос ржи. Оба сока смешивают в равных частях и принимают по 3–4 столовые ложки 3 раза в день. Зато спасён будет от операции жёлчный пузырь.

Лапчатка гусиная утоляет боль в желудке и способствует заживлению язвы желудка, лечит гастриты, энтероколиты, дизентерию. Отваром травы промывают труднозаживающие раны, гнойники, чирьи, фурункулы, другие кожные заболевания, вызванные нарушением обмена веществ, полощут горло при ангине, гингивите, язвенном стоматите.

Мне часто приходилось ломать голову, как избавить больного, особенно онкологического, от упорного асцита. И в целом ряде случаев выручал отвар травы лапчатки на молоке. Важно то, что это сильное мочегонное средство не раздражает почки.

АСЦИТ. Готовят отвар из расчёта 1 столовая ложка травы на стакан молока (предпочтительней козье молоко). Кипятить на слабом огне 5 минут. После процеживания пить по полстакана и даже по стакану в тёплом виде 2–4 раза в день.

СУДОРОГИ В ИКРОНОЖНЫХ МЫШЦАХ. 3–4 столовые ложки травы вместе с корневищами залить 1 л воды, довести до кипения и варить 5 минут. После охлаждения процедить. (Для более крепкого отвара можно кипятить на слабом огне и 10 минут.) Выпить отвар за день в 3–4 приёма.

ВНУТРЕННИЕ КРОВОТЕЧЕНИЯ, БОЛЕЗНЕННЫЕ МЕНСТРУАЦИИ. 3–4 столовые ложки сушёной травы залить 1 л кипятка, закрыть крышкой и настаивать 3–4 часа. Пить по 1 стакану 3 раза в день в течение 20–25 дней. При болезненных менструациях используют и семена лапчатки гусиной: 1 чайную ложку семян заливают стаканом воды, слегка кипятят 5 минут. Принимают по полстакана 2 раза в день — утром и вечером.

* * *

Противопоказаний к лапчатке гусиной пока выявлено немного. Пожалуй, стоит воздержаться от неё при сгущении крови, колитах с атоническими запорами. Быть осторожным при выведении камней из почек — крупные и подвижные камни могут вдруг застрять в мочеточнике. С осторожностью применять при гипертонических кризах.

Лапчатка прямостоячая — калган

Этот вид лапчатки не менее ценен, чем гусиная. Впрочем и сравнивать их не приходится, потому что действующие вещества и функции у них совсем разные. Раз уж из одного семейства — потому и лапчатка. А в семье даже родные братья и сёстры наделены различными талантами и характерами.

У калгана характер крутой. У него одних дубильных веществ более тридцати процентов. Это в корневищах, которые чаще всего используются в лечении целого ряда болезней. Заготавливают также стебли, листья и цветки — во время цветения.

Отвар и настойка корневищ в фитотерапии назначаются внутрь при поносах, энтеритах, энтероколитах, дизентерии, язвенных колитах с кровотечением из кишечника, при гастритах, язве желудка и двенадцатиперстной кишки, как желчегонное средство при желтухе, холециститах, холангитах, острых и хронических гепатитах, циррозах печени, в том числе и в отечноасцитической стадии, при подагре, ревматизме, язвенном колите. Отвар корней — при нефрите.

Отвары употребляют при гиперменорее и маточных кровотечениях различного происхождения, при внутренних кровотечениях. При кольпитах, вагинитах, эрозиях шейки матки отвар используют для спринцевания.

В дерматологии лапчатка прямостоячая внутрь назначается при васкулитах, наружно — при экземе, нейродермите, трещинах кожи рук и ног. Отвар употребляют для примочек влажно высыхающими повязками (в охлаждённом виде) при мокнущей экземе, ожогах. В виде аппликаций отвар применяют при геморрое, экземе, ожогах, нейродермитах, трещинах кожи, потливости ног. Порошком корня присыпают мокнущие раны, наружные кровотечения. Кроме того, отвар калгана используют при туберкулёзе лёгких, эмфиземе, малокровии, ахилии желудка, подагре, ревматизме.

Отвар травы калгана — антигельминтное средство, настой листьев эффективен при лихорадке. Из порошка корней готовят мазь от кожных заболеваний.

Вот сколько полезных свойств у лапчатки прямостоячей. В народе уверены, что если носить траву лапчатки на шее, получишь желаемое, станешь учёным и ни в чём не будешь иметь отказа.

Не все болезни я перечислил. Вот одна из них.

АДЕНОМА ПРОСТАТЫ. Надо взять в равных по весу частях измельчённый корень калгана, корень солодки и корень крапивы. Смешать. Залить 100 г смеси 0,5 л водки, настоять в тёмном месте 1 месяц, периодически встряхивая. Процедить. Принимать настойку по 30 капель 3 раза в день до еды, запивая настоем листьев мелиссы.

СТОМАТИТ. Залить 1 чайную ложку измельчённого корня 1 стаканом воды, сначала настоять 5 часов, потом прокипятить. Полоскать рот в течение дня.

ЭКЗЕМА МОКНУЩАЯ. Залить 3 столовые ложки корня 0,5 л воды, довести до кипения и кипятить 10 минут, настоять 4 часа, процедить. Делать примочки на поражённые места.

ЦИРРОЗ ПЕЧЕНИ. 25 г сухой измельчённой травы и 5 г корня калгана залить 600 мл кипятка, оставить на 30 минут на водяной бане, настоять 30 минут, процедить. Принимать в тёплом виде по 50-100 мл 3 раза в день за 2 часа до еды ежедневно в течение 1,5–2 месяцев и профилактически 2 раза в год в течение месяца весной и осенью (лечение цирроза печени после перенесённого инфекционного гепатита). Соблюдать диету, ограничить соль до 3–4 г и жидкости до 500–600 мл в сутки на время лечения.

* * *

Противопоказания во многом совпадают с лапчаткой гусиной: атонические запоры, высокие показатели протромбинового индекса, гипертония, так как может понизиться проницаемость капилляров и произойти сужение сосудов.

Левзея сафлоровидная

Осенью в Саянах у маралов начался гон. Готовился к схватке с соперником и могучий красавец, известный в округе под кличкой Железное Копыто. Ещё никогда и никому не уступал он своих владений и оленух, а теперь предстоял ему бой с молодым и нахальным соперником. Железное Копыто понимал, что это, возможно, последний бой в его жизни. Ещё широка и крепка грудь, ещё гордо вскинута шея с роскошными на голове рогами, но возраст, увы, уже берет своё. Хватит ли сил? С наступлением вечера он нервно шевелил ноздрями, ловя малейшее дуновение ветра, внюхивался в него, не теряя надежды, и вдруг встрепенулся, уловив едва различимый знакомый запах, и рванулся в ту сторону. Безошибочно отыскал отцветший, почти увянувший стебель высокого растения с широкими резными листьями. Взрыл копытами землю и, помогая себе зубами, выволок наружу корневище с целой щёткой волокнистых корней и смачно принялся жевать их. А к утру почувствовал, как тело наливается могучей силой.

Бой состоялся на рассвете, и молодой соперник был повержен, а стоявшая в стороне статная оленуха послушно пошла за Железным Копытом.

Какое же это было растение, давшее силу стареющему маралу? Официальное его название левзея, а в Саянах и на Алтае его просто называют «маралова трава». Спросите там у местных жителей про левзею сафлоровидную — только плечами пожмут, а назови «маралову траву» — тут же поймут и покажут.

Маралы не случайно выбрали для себя это удивительное растение. Препараты из него тонизируют центральную нервную систему при физическом переутомлении, подавленном состоянии и общей слабости, повышают аппетит и работоспособность, улучшают работу сердца и нормализуют артериальное давление. Максимальный терапевтический эффект наблюдается у больных, страдающих повышенной утомляемостью, плохим настроением, раздражительностью, головной болью, плохим сном, ослаблением половой активности, а также у больных с нарушениями функции вегетососудистой системы. В гинекологической практике препараты левзеи сафлоровидной назначаются при физической утомляемости, пониженной работоспособности, слабости и подавленности в климактерический период. Левзея используется при хроническом принятии алкоголя, в периоды после похмелья и состояния депрессии.

Препараты левзеи повышают работоспособность утомлённых скелетных мышц. По-видимому, это связано с увеличением (под влиянием левзеи) содержания в мышцах гликогена, молочной кислоты, аденозинтрифосфорной кислоты и креатин-фосфата.

В народе говорят, что маралий корень поднимает человека от четырнадцати болезней.

Корень в аптеках не продаётся. Можно приобрести лишь готовые настойки или другие препараты.

Я готовлю свою настойку: рыхло наполняю две трети банки порезанными корнями и доверху заливаю водкой. Настаиваю не меньше месяца. Часто использую при необходимости в комплексном лечении онкологических и нервных заболеваний.

Левзея противопоказана при гипертонии, так как может вызвать стойкое повышение артериального давления.

При повышенной возбудимости и невротических расстройствах к левзее следует отнестись с осторожностью. Мною наблюдалась непереносимость даже малых доз настойки левзеи при болезнях, вызванных нейроинфекцией, постгриппозном энцефалите, при диэнцефальных кризах, энцефалопатии.

Плохо переносится левзея при вегетососудистой дистонии, а также при заболеваниях глазного дна.

Лён обыкновенный — льняное семя

В народной медицине отваривают семя льна и пьют отвар, едят отваренные семена при язве желудка, гастрите, хронических катарах желудка, при бронхите (как отхаркивающее), от кашля, затруднённого дыхания, заболеваниях почек. Процеженный отвар пьют с молоком при туберкулёзе лёгких, едят семя при белокровии, применяют при поносе, употребляют для слизистого питья. Отвар семян рекомендуют для лечения ран и изъязвлений во рту (полоскание). Не зря ботаническое название льна переводится как «чрезвычайно полезный».

Существует множество рецептов от перечисленных мной болезней. Среди них не только использование семян, но и льняного масла в качестве лекарства. Льняное масло содержит минимальное количество холестерина и большое количество ненасыщенных жирных кислот, а при употреблении с пищей это повышает концентрацию фосфолипидов в крови.

Я нередко давал онкологическим больным после химиотерапии отвар семян льна. Лён не только снимает интоксикацию, но и положительно влияет на формулу крови.

Из множества рецептов я выбрал лишь несколько, которые могут пригодиться в повседневной жизни.

НЕФРИТ. 1 чайную ложку семян залить стаканом кипятка, дать ещё покипеть 2–3 минуты, настоять 1 час. Пить по 1–2 стакана каждые 2 часа в течение двух дней. Хорошее средство для очищения почек.

МОЧЕКАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ. 1 чайную ложку семян залить стаканом воды, прокипятить пару минут, дать остыть. Принимать по полстакана каждые 2 часа в течение 2 дней. Смесь можно разбавлять кипячёной водой. (Оба рецепта похожи друг на друга, хотя разница и существует. Но ведь и органы берутся одного плана).

ЗАПОР. 2 чайные ложки семян на 1 стакан воды, на слабом огне дать покипеть 10 минут. Перелить в бутылку и взбалтывать 5 минут, процедить. Выпить полстакана.

Или: 2 чайные ложки семян залить 1 стаканом холодной кипячёной воды, настоять 3 часа. Слизь выпить перед сном.

ОТЕКИ НОГ. 4 столовые ложки семян всыпать в 1 л воды, кипятить 10–15 минут. Настоять в тепле 1 час. Можно не процеживать. Для вкуса можно прибавить лимонного или фруктового сока. Пить по полстакана каждые 2 часа 6–8 раз в день. Лучше пить горячим. Результат скажется через 2–3 недели.

* * *

Каким бы ни был лён безобидным, нельзя забывать, что и у него имеются противопоказания. Длительное применение льна, а особенно чрезмерное по количеству, может привести к отравлению. Препараты льна нельзя употреблять при усилении болей при холецистите. Противопоказан лён при острых нарушениях функции кишечника (неукротимый понос). Лён противопоказан при кератите (воспаление роговицы глаза).

Лещина — лесной орех

Греки и римляне ветку лещины считали священной, она указывала на зарытые сокровища, помогала тушить пожар, останавливала огонь, устраняла многие болезни. Ветвями орешника оплетали в жилищах стены, потолки, чтобы предохранить от злых сил и быть здоровыми. А сам орех был символом жизни и бессмертия.

Лещина уходит в глубь истории ещё дальше. Скорлупу орешка находили среди остатков свайных построек не только железного, но и бронзового века. А до настоящего времени в научной медицине препараты лещины глубокого изучения и широкого применения не находили. Народ вёл и до сих пор ведёт свою медицину. Растёртые с водой орехи употребляют при кровохарканье, лёгочных болезнях, лихорадке, почечно-каменной и мочекаменной болезни (способствует растворению камней). Заготовленную весной кору применяли при малярии, плюску плодов — при поносе, а ореховое масло использовали как противоглистное средство для лечения аскаридоза, а также эпилепсии. Летучее масло, которое содержится в коре веточек лещины, способствует сужению расширенных стенок сосудов. Столетиями варикозное расширение вен лечили мелко резанной корой. А отвар листьев и молодых веток лещины прекрасно снимает припухлость век и покраснение кожи.

Воспользуемся некоторыми рецептами с использованием лещины.

АДЕНОМА ПРОСТАТЫ. 2 столовые ложки свежих (или 1 столовая ложка сухих) листьев лещины на стакан крутого кипятка. Закрыть крышкой, настоять до остывания, процедить. Принимать по полстакана 2 раза в день до еды. Курс — до излечения. В этих же целях прекрасно подходит кора, снятая с тонких веточек во время сокодвижения — тоже 1 столовая ложка сухой измельчённой коры на стакан кипятка, дать покипеть 3–4 минуты, 1 час настоять, процедить. Принимать по полстакана 2 раза в день или по 1/3 стакана 3 раза в день до еды или в промежутках между едой. Я даю это в комплексе настойкой листьев грушанки, настоем травы кипрея или других индивидуально подобранных трав и настоек и обязательно с каплями купены лекарственной и настой; ой болиголова — без него справиться с аденомой трудно).

ТРОМБОФЛЕБИТ, ПЕРИФЛЕБИТ, ВАРИКОЗ, КАПИЛЛЯРНЫЕ ГЕМОРРАГИИ. 1 столовая ложка коры на 0,5 л кипятка, на слабом огне варить 10 минут, настоять 1 час, процедить. Пить по полстакана 4 раза в день до еды. (Я, наверное, повторяюсь, но все данные в книге рецепты у меня в одиночку идут редко, обязательно составляю хотя бы небольшой комплекс. Конечно, проще проглотить таблетку, когда заболит голова или желудок, чтобы на какое-то время снять боль, но совсем другое дело лечить ту же голову и желудок, чтобы они вообще перестали болеть.)

СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ. Здесь эффективен отвар коры или листьев лещины: 1 столовую ложку на 1 стакан кипятка, закрыть стакан крышкой и подержать в кипящей водяной бане 30 минут. Через час процедить, довести объём до исходного, добавив кипячёной воды. Пить по трети стакана 3 раза в день до еды.

ЖЕЛТУХА. До половины банки насыпать измельчённые сухие листья лещины, банку полностью залить сухим белым вином, выдержать в тёмном месте 1 неделю, периодически встряхивая, процедить, остаток отжать. Принимать по 50 мл 3 раза в день перед едой. Курс лечения 2–3 недели.

* * *

Настой листьев и коры повышает давление — это следует учесть гипертоникам. Ядрышки орехов, являясь ценнейшим лекарством для профилактики и лечения атеросклероза, заболеваний сердечно-сосудистой системы и малокровия, могут спровоцировать обострение нейродермита и некоторых других кожных заболеваний. Не советую лакомиться орехами при псориазе — болезнь от них только усилится.

Лимон

Скандинавские легенды упоминают «золотые яблоки бессмертия». Кому посчастливилось полакомиться ими, тот не знал в своей жизни болезней. Это говорилось о лимонах.

Да, народная медицина предлагает великое множество рецептов с использованием лимона для лечения разных заболеваний. Особенно в сочетании с чесноком, сырыми яйцами, луком, оливковым маслом, мёдом, коньяком. В числе болезней ревматизм, подагра, остеохондроз, желтуха, водянка, камни в почках, гипацидный гастрит, туберкулёз лёгких, радикулит, грибковые поражения кожи, ангина и т. д.

Употребление лимонов с черным чаем и мёдом предупреждает возникновение кашля. Наверное поэтому я не сажусь пить чай без лимона. Но, честно говоря, представить себе не могу, как можно, не морщась, разжевать и проглотить целую дольку — я уж не говорю о целом лимоне, а ведь некоторые лекарства одним лимоном не ограничиваются. Вот здесь, видимо, и кроются основные виды противопоказаний. Для начала рассмотрим несколько рецептов.

ДИАБЕТ. При сахарном: диабете рекомендуется употреблять по 1 стакану сока лимона в день — дробными порциями.

ГИПЕРТОНИЯ. Полезно съедать по пол-лимона с кожурой 3–4 раза в сутки.

ГИПОТОНИЯ. Сок 1 лимона смешать с 50 г поджаренного смолотого кофе и 0,5 кг мёда. Смесь принимать по 1 чайной ложке через 2 часа после еды.

ТЕМПЕРАТУРА. При высокой температуре растворить в стакане тёплой воды 1 столовую ложку сока лимона и поить больного. Если температура не спадает, протирать его водой, подкислённой лимоном. Можно в этой воде намочить носки и надеть, а поверх них — сухие шерстяные.

ГЕМОРРОЙ. Обострение хронического геморроя можно снять многократным питьём в течение дня (каждые 2 часа) лимонного сока по 2 столовые ложки на приём.

ИНФАРКТ МИОКАРДА. После инфаркта полезен напиток из лимона и настоя хвои (сосна, ель, пихта). Для этого очистить лимон от кожуры, измельчить, залить отваром из хвои и выпить залпом за 1 час до еды. Одна доза готовится из половины лимона. Принимать 4 раза в день.

МИГРЕНЬ. Полкилограмма лимонов с коркой, но без семян, 3–4 стакана натёртого хрена,2,5 стакана сахара и 1 л красного вина смешать и держать на водяной кипящей бане 1 час. После остывания процедить. Принимать по полстакана через 2 часа после еды.

ГЛИСТЫ. Насушить зерна лимона. Истолочь в порошок 2–3 зерна и принимать 3 раза в день за полчаса до еды, запивая тёплой водой. Или за час до еды натощак разжевать и съесть кожуру лимона.

АМЕНОРЕЯ, ОПУЩЕНИЕ МАТКИ, ПОСЛЕРОДОВОЕ ОЧИЩЕНИЕ. Измельчить скорлупу 5 сырых яиц, смешать с 2–3 мелко порезанными неочищенными лимонами (количество зависит от величины плода). Настаивать день. Затем добавить поллитра водки. Принимать по 50 мл 3 раза в день через 20 минут после еды. Пить 3–6 месяцев. Хорошо помогает также при опущении желудка и почек.

* * *

Лимон противопоказан при язве желудка и двенадцатиперстной кишки даже в покое — спровоцирует обострение. Противопоказанием к лимону служит эрозивный и гиперацидный гастрит, так как кислота способствует ещё большему повышению секреции желудочного сока. В лучшем случае замучает изжога, а в худшем — появятся сильные спастические боли и даже рвота. Противопоказан лимон при остром и хроническом панкреатите. Желательно исключить его при заболеваниях желчного пузыря и желчевыводящих протоков, болезнях печени и кишечника. Чрезмерное употребление лимонов может нанести вред даже здоровому человеку.

Лимонник китайский

Еще, будучи подростком, живя в дальневосточной тайге, вместе с мальчишками из нанайского села я считал своим долгом съесть горсточку кисло-сладких жёлтеньких ягод лимонника — у нас это был своего рода обряд: якобы и сильным вырастешь, и выносливым, и лесные духи возьмут под своё покровительство, от зверя уберегут, и заблудиться в тайге не дадут. Когда стал студентом, я уже иногда сознательно прибегал к помощи настойки лимонника, готовясь к экзаменам. А теперь посадил у себя в саду и даже первых ягод дождался.

Восточная медицина давно относится к лимоннику с большим уважением. Знатоки-целители исстари применяют сушёные плоды для укрепления организма и сердечной мышцы, снятия физической и умственной усталости, повышения остроты зрения, успешно лечат сахарный диабет и трофические язвы.

Тибетская медицина предлагает плоды и семена лимонника при туберкулёзе не только лёгких, но и глаз, почек и половой системы, а также для лечения бронхиальной астмы, особенно в период осеннего обострения и длящегося годами застарелого бронхита. В Китае лимонником лечат заболевания кишечника, желудка, печени и почек, назначают при половом бессилии.

Лимонник в самом деле оказывает стимулирующее и тонизирующее действие на центральную нервную систему, усиливает положительные рефлексы, повышает светочувствительность глаз, тонизирует деятельность сердечно-сосудистой системы, при гипотонии повышает давление, возбуждает дыхание, способствует более быстрому восстановлению сил, сохранению работоспособности, усиливает остроту ночного зрения.

Экспериментально доказано, что в мышцах под влиянием препаратов лимонника увеличивается, а в печени уменьшается содержание гликогена, в мышцах уменьшается количество молочной кислоты, а в печени возрастает. Отвар ягод лимонника снижает содержание сахара в крови.

При всех перечисленных примерах спиртовую настойку семян лимонника принимают по 20–30 капель с водой натощак или через 4 часа после еды.

Сухие ягоды настаивают 1 столовую ложку в 1 стакане кипятка 2 часа, принимают по 2 столовые ложки натощак 4 раза в день. Последний приём за 4–5 часов до сна. А порошок семян лимонника можно принимать по 0,5 т до еды 2 раза в день.

* * *

Противопоказанием к использованию лимонника являются нервное возбуждение и перевозбуждение, бессонница, повышенное артериальное давление, органические заболевания сердечно-сосудистой системы. Непереносимость настойки лимонника иногда наблюдалась при вегетососудистой дистонии, арахноидите, арахноэнцефалите, но это мои сугубо личные выводы, сделанные на ряде конкретных примеров.

Липа

О побочных проявлениях медоносного дерева, казалось бы, много не скажешь. Да и какие противопоказания к нему могут быть?

В современной медицине настои и отвары цветков липы рекомендуют при простудных заболеваниях в качестве потогонного и жаропонижающего средства, а также для полоскания рта и горла, иногда настой пьют при гастритах.

Народная медицина липовым цветом пользуется шире: при головной боли, пневмонии, ангине, бронхиальной астме, ревматизме, паротите, мочекаменной болезни, нефрите, при кровотечениях, бесплодии, неврозах, судорогах, эпилепсии. Свежие почки и листья употребляют при язвах на коже, мастите. Липовым дёгтем лечат экземы, фурункулы, язвы на коже, абсцессы, применяют с большим успехом при остеомиелите.

НАРУШЕНИЕ МЕНСТРУАЛЬНОГО ЦИКЛА. Если он сбивается с привычного ритма, непостоянен, болезнен, чай с цветками липы просто незаменим. Измельчённые цветы заваривают из расчёта 1 столовая ложка на стакан кипятка, настоять полчаса. Пить в тёплом виде весь стакан целиком утром или по полстакана 2 раза в день.

КЛИМАКС. Липа — одно из немногих растений, которое содержит фитогормоны, близкие к женским половым гормонам. Женщинам после 45 лет необходимо раз в полгода в течение месяца по утрам выпивать стакан липового чая: климакса они могут не бояться, он наступит значительно позже и будет безболезненным, без кровотечений.

ПРОСТАТИТ. Растереть в порошок обгоревшую головню липового дерева. Семь дней подряд делать из этого порошка напиток в виде кофе и пить его по утрам. Этот курс лечения проводить каждый месяц — до излечения.

* * *

Всё-таки и у липы выявлено (пока одно) противопоказание. Если чай из цветков пить постоянно, резко может снизиться зрение. Речь идёт не о том, что чай пьют ежедневно, а часто и продолжительное время. Тем более нельзя пить чай с цветками липы весь год.

Лук репчатый

Лук — самый популярный и очень древний овощ. Более шести тысяч лет употребляют его и в пищу, и в лечебных целях. Обожествляли лук древние египтяне. Ещё в пятом веке до нашей эры, по сообщению Геродота, на большой пирамиде Хеопса была надпись «За редьку, лук и чеснок, идущих в пищу рабам, заплачено 1600 талантов серебра». Огромная сумма по тем временам.

История доносит до нас и другие любопытные сведения. В эпоху крестовых походов французы выменивали у сарацинов пленных соотечественников по цене восемь луковиц за человека. А рыцари, закованные в стальные латы, носили луковицу на груди как талисман.

А вот древние греки лук считали пищей бедных — из-за стойкого резкого запаха. Самой презрительной была характеристика: от него несёт луком. К сожалению, подобные проблемы возникают и сейчас. Рекомендуем больному лечение луком, а он стыдится исходящего от него запаха.

А ведь какие только болезни не лечат луком! Я коснусь лишь нескольких рецептов, которые если и не удивят, но заставят задуматься.

ВОСПАЛЕНИЕ ПРИДАТКОВ. Большую луковицу залить 1 л воды и варить под крышкой, пока луковица не станет мягкой. Дать немного остыть и тёплым отваром спринцеваться. Достаточно сделать это 2–3 раза, и результат скажет сам за себя.

СНИЖЕНИЕ ЗРЕНИЯ. Нарезать лук, залить водой в соотношении 1:4, то есть на одну часть лука четыре части воды. Настоять сутки. Пить по полстакана 3 раза в день в течение недели. Потом делайте выводы.

СУСТАВНОЙ РЕВМАТИЗМ. Измельчить 3 крупные луковицы, залить 1 л воды, варить 15 минут, процедить. Дать остыть. Пить по 1 стакану один раз в день. От болезни не избавитесь, но облегчение почувствуете сразу.

СКЛЕРОЗ СОСУДОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА (при старении). Прокрутить лук через мясорубку. Луковую кашицу смешать пополам с мёдом. Принимать по 1 столовой ложке утром и вечером в течение 2 месяцев.

ИМПОТЕНЦИЯ. Семена лука истолочь, смешать пополам с мёдом, съедать по чайной ложке 3–4 раза в день.

ЭРОЗИЯ ШЕЙКИ МАТКИ. Ежедневно применять тампоны из свежеприготовленного сока лука. Кто-то, возможно, пользовался этим рецептом и не получил результата. Секрет вот в чём: сок не должен после приготовления стоять более 10 минут, после этого срока пропадает его лечебное свойство.

ГИПЕРТОНИЯ. Собрать перегородки от 30 грецких орехов, залить 0,5 л водки, настоять 15 дней, процедить. Выжать сок из 3 кг лука, сразу влить в него приготовленную настойку (не давайте луковому соку стоять больше 10 минут). Затем добавьте 500 г мёда, хорошо размешайте. Принимайте по 1 столовой ложке 2–3 раза в день. Очень хорошо помогает. Получите стойкий результат.

* * *

Противопоказаний к луковому лечению тоже немало. Вреден лук при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, любых острых заболеваниях желудочно-кишечного тракта, поджелудочной железы. Речь идёт не о луковице в виде приправы в супе, а о лечебном применении лука.

Противопоказан сырой лук при тяжёлых заболеваниях почек, печени. Необходимо ограничить его употребление при сердечно-сосудистых заболеваниях, декомпенсированном пороке сердца.

Противопоказано лечение луком (приём внутрь) при гломерулонефрите. Нельзя пользоваться им при бронхоспазмах.

Лук способствует образованию слизей и газов (при метеоризме исключить) — в отличие от чеснока, который препятствует образованию газов; Авиценна, отдавая дань целебным свойствам репчатого лука, тем не менее подметил: «Лук принадлежит к веществам, вызывающим головную боль, а злоупотребление им нагоняет сон. Лук одно из веществ, вредных для рассудка». И ещё у него говорится о луке-порее «Употребление порея в пищу вызывает головную боль и дурные сны. Порей вреден для зрения, вреден при изъязвлении мочевого пузыря и почек». Так что хотя и говорят в народе, мол, лук — от семи недуг, но и сам он может послужить причиной возникновения или обострения некоторых недугов.

Льнянка обыкновенная

Трава льнянки довольно-таки популярна в народной медицине. Особенно часто она используется для приготовления так называемой жабрейной мази от геморроя. Льнянка положительно проявляет себя как нежное послабляющее и желчегонное средство, регулирует функциональную деятельность желудочно-кишечного тракта. Применяют её при одышке, водянке, желтухе, головной боли, синдроме Меньера — головокружении, сопровождаемом рвотой, а также при ночном недержании мочи, диатезе, мочекаменной болезни, цистите, аскаридозе, начальных стадиях гипертрофии предстательной железы, наружно — при кожных высыпаниях, дерматитах, полипах, грибковых поражениях…

С большим доверием я отношусь к льнянке при лечении таких заболеваний, как миопатия, энцефалопатия, кардиопатия, атрофия мышц.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Полторы чайные ложки травы залить 1 стаканом крутого кипятка, парить в кипящей водяной бане 15 минут, настаивать 45 минут. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день за 15–20 минут до еды. Этот же настой использовать для обмываний и примочек при наружных опухолях.

БОЛЕЗНЬ МЕНЬЕРА. 1 столовую ложку травы на стакан кипятка, закрыть крышкой (это при любом настаивании трав), настоять 10 минут, процедить. После остывания принимать в тёплом виде по 125 мл (половина полного стакана) 2 раза в день, предпочтительно до еды.

МЫШЕЧНАЯ ДИСТРОФИЯ. 2 части (по объёму) сухой травы льнянки на 10 частей водки. Настоять 3 недели, периодически встряхивая для лучшего экстрагирования. Принимать по 30–40 капель 3 раза в день до еды при нормальном давлении. При гипертонии — по полной чайной ложке так же 3 раза в день до еды, запивая глотком воды.

ГИПОТОНИЯ. 50 г сухой травы залить 0,5 л водки, настоять 15 дней. (Я кладу 5 столовых ложек травы на 0,5 л водки.) Процедить. Принимать по 20–30 капель 3 раза в день до еды, запивая водой.

* * *

Льнянка вызывает отравление у животных, поэтому её относят к ядовитым растениям. В больших дозах применять не рекомендуется. Сведений о побочных проявлениях льнянки нет, кроме того лишь, что она противопоказана при беременности. Можно добавить, что не следует пользоваться ею при диспепсии, гипертонии, заболеваниях сердца с пароксизмальной тахикардией и экстрасистолией.

Любисток лекарственный — зоря лекарственная

Очень популярное растение у всех славян (несмотря на то, что родина любистка — Ирак). Это одна из древнейших приворотных трав. У славян любисток зашивали в подвенечное платье, что гарантировало любовь и верность на всю долгую супружескую жизнь. Увести, отобрать чужого супруга нельзя. Тяжело будет болеть тот, кто посмеет это сделать. На Украине любовно называли растение «люби мене — не покинь».

И поныне обширен круг болезней, при которых применяется любисток. Используются корни (не моложе трёх лет), в некоторых случаях — листья и семена. Любистком лечат нервы, сердце, почки, суставы. Он улучшает аппетит, работу желудка и кишечника, уменьшает одышку. Назначают любисток при некоторых женских заболеваниях. Длительный приём настоя снижает возбудимость центральной нервной системы, способствует ликвидации малокровия.

Любисток неоднократно выручал меня при раке гортани, полости рта, ротоглотки, носовой перегородки. Пять лет назад попросили меня полечить мужчину с раком щеки, скрыв при этом настоящий диагноз — меланосаркому щеки (это выяснилось чуть позже, а сразу сказать диагноз побоялись, опасаясь, что откажусь). Меланома, как выражаются сами онкологи, «королева онкологии». Лечить её невероятно трудно, и прогноз неутешительный. А тут ещё примешалась саркома — одна из самых злокачественных опухолей. Ничего утешительного я не мог обещать, лишь сказал, постараюсь сделать все от меня зависящее. Кто-нибудь поймёт, что мне это стоило, сколько ломал голову, составляя специальные комплексы с применением десятков различных трав инастоек. Пришлось сочетать яды, когда с утра шёл болиголов, а днём борец синий по максимальной схеме, а наружно — примочки настойкой борца большого. Конечно, свою лепту вносили противоопухолевый бальзам, сосновый мёд с цветками сосны, полоскания, среди которых полоскание любистком было, пожалуй, главным. Мой больной ухитрился попасть в аварию и ударился как раз правой больной стороной. На этом месте начала расти опухоль, которую вовремя удалил хирург. Пришлось пройти ему лучевую терапию (во время которой повредили слуховой нерв). Так что лечение затянулось ещё на два года. К счастью, мужчина оказался крепкий, не подверженный панике, терпеливый. Даже с долей некоторого любопытства: неужели с «этим» можно так долго жить? И в хорошем смысле упрямый: а я, мол, всё равно не сдамся, не имею права подвести людей, потративших столько сил на меня». Прежде всего жену, сделавшую для него всё возможное и невозможное. Врачей из онкодиспансера. В конце концов, и меня. И продолжает он жить полной жизнью, водит машину, следит за порядком в загородном коттедже, воспитывает внуков. Я не могу сказать, что он выздоровел, продолжает приезжать за травами, но на нынешнее лето у него планы большие.

Спасибо любистку. Он и внутрь его принимает, и делает полоскания, и даже кусочек-другой корня жуёт. Привык, говорит, нравится.

РАК ГОРТАНИ, РОТОВОЙ ПОЛОСТИ. 1 чайную ложку корней залить 1 стаканом кипятка, в горячей водяной бане не кипятить, а греть 30 минут, 1 час настоять. Принимать по 1–2 столовые ложки 3 раза в день за полчаса до еды. Остальной отвар использовать для полосканий. За день желательно сделать не менее 2 стаканов.

ОТЕКИ СЕРДЕЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ. 1 столовую ложку сушёных листьев запарить полутора стаканами кипятка в термосе. Настоять 3 часа. Процедить, охладить. Пить по 1 столовой ложке 4–5 раз в день за 20 минут до еды. И пить приятно, и мочегонное хорошее.

ВЫПАДЕНИЕ ВОЛОС. 2 чайные ложки корня запарить в термосе стаканом кипятка. Настоять 5–7 часов (можно заварить на ночь или с утра). Процедить. Охладить. Втирать в кожу головы на 2–3 часа, после чего помыть волосы желтком яйца, либо в горячей воде хлебом, но только не шампунем. Делать так 3–4 раза в неделю — это один из действенных рецептов для роста волос при преждевременном выпадении.

ПОВЫШЕНИЕ ПОЛОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ. Всего 2 чайные ложки корня залить 0,5 л водки, настаивать сентябрь, октябрь. (Лучше использовать свежие корни.) Для увеличения потенции надо пить ежедневно по 1 десертной ложке после 19 часов.

БЕЛИ. Столовую ложку мелко наструганного корня залить стаканом кипятка, настоять 1 час. Пить по полстакана 3 раза в день через 20–30 минут после приёма пищи. Эффект от лечения заметно выше при сочетании со спринцеванием отвара из корня любистка. В этих случаях, естественно, для заваривания нужно не меньше литра кипятка.

* * *

Необходимо помнить, что перед цветением корень любистка становится ядовитым и непригоден для лечения. Любисток советуют не кипятить — якобы теряет целебную силу. Любисток противопоказан при гломерулонефрите (оказывают вред эфирные масла). Нельзя пользоваться любистком при маточных кровотечениях, обильных менструациях. Его препараты вызывают прилив крови к органам малого таза, поэтому противопоказаны при беременности, геморрое.

Нежелательно пользоваться любистком при отсутствии аппетита.

Малина обыкновенная

Малина издавна пользовалась доброй славой «домашнего лекаря». Ничто так не помогало от простуды, как горячий чай с сушёной малиной или малиновым вареньем. Лечебное действие малины как жаропонижающего и потогонного средства признано и современной официальной медициной.

Одним из основных свойств малины является способность лечить заболевания сердечно-сосудистой системы. Прежде всего это — укрепление стенок кровеносных сосудов.

Для тех, кто перенёс инфаркт или инсульт, неважно какой — макро или и микро-, а также для тех, у кого в роду есть перенёсшие эти заболевания, настоятельно советую использовать сезон, когда созревают ягоды. Рекомендую съесть её столько, чтобы «глаза на неё больше не глядели». Кстати, этой сочной ягодой можно снизить высокие цифры артериального давления. Результаты снижения — стойкие и длительные.

Народная медицина хорошо и давно использует два свойства малины. Первое — противовоспалительное. При воспалении век, глаз, высыпаниях на коже в виде угрей необходимо промывать лицо малиновой водой — настоять ягоды в воде. Второе свойство, известное столетиями — против хмеля и затяжного пьянства пить малиновую воду. Один-полтора литра настоя малины снимут похмелье.

В ягоде много пектиновых веществ, витаминов, а также микроэлементов: калия, кальция, магния, фосфора, железа, меди. Для малины характерно большое содержание пуринов, особенно в сушёных ягодах. Пурины обычно противопоказаны при подагре, мочекислом диатезе, иначе говоря, людям с нарушением обмена мочевой кислоты. Однако специальные исследования показали, что ломтик ливерной колбасы или кусочек печени дают пуринов в несколько раз больше, чем килограмм ягод малины.

В лечебных целях используют не только ягоды, но и цветки, листья, корни малины.

АЛЛЕРГИЯ. 1 столовую ложку сухих цветков малины залить 100 мл кипятка, настоять 1 час. Процедить перед употреблением, принимая по 1 столовой ложке 3 раза в день.

ОТИТ ГНОЙНЫЙ. Осенние корни малины мелко нарезать. Залить 2–3 столовые ложки 1 л воды комнатной температуры и настаивать 12 часов. Пить по полстакана 2 раза в день в течение месяца. За это время зарубцовываются даже старые раны в барабанных перепонках.

КРОВОТЕЧЕНИЯ ГЕМОРРОИДАЛЬНЫЕ, НОСОВЫЕ. 1 столовую ложку корней берут на стакан воды. Кипятить 10 минут, настоять 1 час. Перед употреблением процедить. Принимать по 1/4 стакана 3 раза в день после еды.

АСТМА. 1 столовую ложку корней лесной малины залить 250 мл воды, томить на слабом огне 10 минут, настоять до остывания. Пить по 1/3 стакана 3 раза в день в промежутках между едой. Испытанное средство.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ВЫКИДЫША. 4 чайные ложки сухих листьев малины заварить в 2 стаканах кипятка, настоять и пить по полстакана 3–4 раза в день. Такой же настой полезен при тошноте беременных, снимает послеродовые боли, увеличивает лактацию у кормящих матерей, а также оказывает положительное действие при предменструальном синдроме.

* * *

Не следует пользоваться малиной при нефрите, гломерулонефрите и оксалурии, почечно-каменной болезни с образованием оксалатных камней. Не рекомендуют малину при обострении гастритов, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки. Нельзя употреблять малину при амилоидозе (поражении печени, почек, селезёнки и других органов, вызываемых крахмалоподобным веществом — амилоидом). Не рекомендуют малину при подагре, полиартрите, остеохондрозе.

У некоторых людей обнаруживается индивидуальная непереносимость: начинает чесаться кожа, возникает головокружение. Авиценна отзывался о малине так: «Злоупотребление плодами вызывает головную боль».

Манжетка обыкновенная

Существует множество видов манжеток, но по внешности они зачастую почти не различаются и обладают практически одинаковым лечебным действием.

Манжетка считается «женской» травой, так как содержит в себе необходимые слабому полу фитогормоны. Траву я нередко включал в лечебные комплексы при лечении болезней матки, яичников, придатков, мастопатии. У кормящих матерей манжетка увеличивает выработку молока.

Народная медицина успешно пользуется манжеткой при бронхитах с трудноотделяемой мокротой, при бронхиальной астме и туберкулёзе. Опытные травники применяют её при заболеваниях спинного мозга.

Трава манжетки полезна при несварении желудка, вздутиях кишечника и его вялой перистальтике. Мне удавалось получать хорошие результаты при лечении поджелудочной железы. Манжетка эффективна при незапущенных формах сахарного диабета. Иногда удаётся с её помощью избавить больного от водянки живота — асцита.

Настой травы эффективен при лечении внутренних кровотечений, при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, при воспалении тонкой и толстой кишок. Манжетка результативна при лечении воспалительных заболеваний слизистой оболочки мочевого, желчного пузыря, а также желчевыводящих протоков печени.

В европейской народной медицине манжетка находит применение при лихорадочных состояниях, при подагре и ревматизме, а также при эпилепсии, ожирении, кожных заболеваниях — это помимо того, что было перечислено выше.

Сок травы и настой листьев применяют наружно при опухолях, ранах, заболеваниях глаз.

БЕЛИ, РАССТРОЙСТВО МЕНСТРУАЦИЙ С СИЛЬНЫМИ КРОВОТЕЧЕНИЯМИ, БОЛИ В ОБЛАСТИ МАЛОГО ТАЗА, РОДОВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ. 2 чайные ложки сушёной травы залить стаканом крутого кипятка, настоять 4 часа, процедить. Принимать по четверти стакана 2–4 раза в день до еды. При белях использовать в виде горячих спринцеваний.

ЖЕНСКОЕ БЕСПЛОДИЕ. Смешать в равных Частях сухую измельчённую траву манжетки и горца перечного — водяного перца. К 2 столовым ложкам смеси добавить 1 чайную ложку коры корицы и 3 горошины чёрного перца. Залить 0,5 л воды и варить 5 минут. Пить вместо воды.

ЭРГОТИЗМ. Листья манжетки исключительно ценны при лечении эрготизма (отравление, возникающее в результате употребления ржаного хлеба, заражённого грибком спорыньи: возникает гангрена пальцев кистей и стоп, тошнота, рвота, сильная головная боль). Лечит настойка: 50 г сухих листьев залить 0,7 л красного сухого вина, настоять 2 недели, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день до еды.

ТУБЕРКУЛЁЗ — ЗАЖИВЛЕНИЕ КАВЕРН. Надо 100 г сухой травы залить 1 л вина типа «кагор», настоять в тёмном месте 3 недели, процедить. Принимать по 50 мл 3 раза в день за полчаса до еды.

ДИСБАКТЕРИОЗ. 2 столовые ложки травы залить стаканом кипятка, настоять 4 часа, процедить. Пить 3–4 раза перед едой, взрослым — по 1/4-1/2 стакана, детям — по 1–2 столовые ложки. Курс 1–2 месяца.

ПРИВОРОТ. Можно верить этому или не верить, но в народе твёрдо убеждены, что манжетка — приворотное растение. Если муж «забывает» о своих обязанностях или появилась соперница, то тут же надо нарвать молоденьких листочков манжетки, на минуту обдать их горячей водой, охладить и покрошить, добавляя в салаты, овощные блюда, винегрет.

* * *

Серьёзных противопоказаний к манжетке не выявлено, разве что при появлении жидкого стула лечение манжеткой надо прекратить.

Марена красильная

Об этом растении надо бы сказать хоть несколько похвальных слов. Его корень славится эффективным действием при желчно-каменной и мочекаменной болезнях. Экстракт корня марены входит в состав комплексного препарата цистенал. Но больные чаще всего стараются использовать сам корень. Наибольший эффект проявляется при камнях, состоящих из фосфорнокислых солей магния и кальция. Марена разрыхляет и разрушает эти фосфатные и оксалатные камни почек и мочевого пузыря. Усиливает сокращение почечных лоханок и мочеточников, что способствует безболезненному выведению камня, песка.

ЖЕЛЧНО-КАМЕННАЯ, МОЧЕКАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ. 6 г перемолотого корня залить 250 мл воды, кипятить 5–7 минут, настоять 30 минут, процедить. Принимать по четверти стакана 3 раза в день до еды (до этого месяца два попить отвар корней шиповника). Моча под влиянием марены окрашивается в красный цвет, но через день обычный цвет восстанавливается. Делают и так: принимают порошок корня по 1 г 3 раза в день, запивая 50-100 мл воды.

ДИСМЕНОРЕЯ (болезненные менструации). Принимают порошок корня 1–5 г 3 раза в день, запивая небольшим количеством воды.

* * *

Марена красильная противопоказана при гломерулонефрите, выраженной почечной недостаточности. Нельзя применять при язвенной болезни желудка. При повышенной кислотности желудочного сока противопоказана, так как сама повышает кислотность. Лучше всего принимать её препараты через 40–50 минут после еды, чтобы не раздражать кишечник.

Мать-и-мачеха

Нет, наверное, более популярного растения, чем мать-и-мачеха, при заболеваниях дыхательных путей: к ней обращаются при простудном кашле, ларингите, фарингите, бронхите, пневмонии. Мать-и-мачехой лечат бронхиальную астму, туберкулёз, абсцесс лёгких и даже гангрену лёгких. Кроме того, применяют её при гастритах, язве желудка и двенадцатиперстной кишки, заболеваниях печени, почек и мочевого пузыря, при диатезе у детей. Кашица из свежих листьев эффективна при груднице, воспалении вен, рожистых воспалениях. Мать-и-мачехой я заживлял глубокие гнойные раны, грозящие гангреной, а также трофические язвы.

Не так давно высказывалось мнение, что применение мать-и-мачехи противопоказано при раке. Никаких убедительных доказательств не приводилось, в то время как многочисленные конкретные примеры свидетельствуют о положительном действии лекарств из свежих листьев при раке лёгких и желудка.

ТУБЕРКУЛЁЗ. Сок из листьев смешать с сахарной пудрой из расчёта 2 стакана сока и стакан сахара. Хранить в прохладном тёмном месте. Принимать по 1 столовой ложке 4–5 раз в день. Желательно лечение вести в комплексе с другими средствами.

ОПОЯСЫВАЮЩИЙ ЛИШАЙ. Большое облегчение приносят компрессы из кашицы листьев. Держать, утеплив, 20–30 минут, делать 2–3 раза в день.

ИММУНИТЕТ. Для повышения иммунитета пить сок листьев по 1–2 столовые ложки до 4–6 раз в день в течение 7-10 дней несколько сезонов подряд (лучше всего в июне).

ВОСПАЛЕНИЕ ПРИДАТКОВ. Смешать поровну измельчённые листья мать-и-мачехи и донника жёлтого. 1 столовую ложку смеси залить стаканом кипятка. Дать покипеть 1–2 минуты. 1 час настоять. Процедить. Принимать по 3–4 столовые ложки 5 раз в день. Курс 2–3 недели. На этот период рекомендуется воздержание от половой жизни.

РОЖА. Прикладывать к воспалённому месту свежие листья. Ещё лучше сухие листья истолочь в порошок и присыпать поражённые места, а внутрь принимать настой: 10 г листьев на стакан кипятка, настоять до остывания и пить по чайной ложке 3–4 раза в день до еды.

* * *

Побочные проявления мать-и-мачехи ощутимые: лихорадка, тошнота, потеря аппетита, диарея, боли в животе. Внезапно может возникнуть желтуха.

Препараты мать-и-мачехи не советую принимать долго. Не давать детям до 2 лет. Среди противопоказаний есть и такие: при любых заболеваниях, даже в качестве отхаркивающего средства, не принимать беременным и кормящим матерям, и людям, страдающим алкоголизмом и заболеваниями печени.

Медуница лекарственная

В народной медицине медуница считается одним из лучших средств при детском туберкулёзе. Медуницей в народе лечат бронхиты, фарингиты, бронхиальную астму, пневмонию, воспаление почек, геморрой, воспалительные женские заболевания, а также пьют настой травы при экземе, псориазе, витилиго, красном плоском лишае, фурункулёзе, вирусных заболеваниях кожи, коллагенозах, васкулите.

Медуница стимулирует функцию желез внутренней секреции, нормализует иммунитет, повышает защитные свойства организма. Трава содержит богатейший комплекс микроэлементов, усиливающих образование крови.

Здесь я не даю, как обычно, рецепты от разных болезней, так как способ приготовления настоя практически сводится к одному: столовая ложка травы на стакан кипятка. А вот свежесобранную траву советую съедать в виде салатов, особенно при гипофункции щитовидной железы. Засушенную траву я уважаю и зимой использую при необходимости, но самым ценным считаю сок медуницы. Приходится его спиртовать один к одному с водкой, оберегая от закисания, зато именно сок выручает людей, обращающихся ко мне за помощью при онкозаболеваниях, лейкозах, болезнях щитовидной железы, анемии, некоторых лёгочных и других воспалительных заболеваниях.

* * *

Противопоказаний почти не имеет, хотя может вызвать тошноту, если принимать крепкий настой натощак. При атонии кишок с упорными запорами не стоит пользоваться медуницей длительно.

Мелисса лекарственная

Препараты из листьев мелиссы ценятся прежде всего как эффективное седативное средство. При сердечных заболеваниях исчезает одышка, прекращаются приступы тахикардии, исчезают боли в области сердца. Мелисса особенно полезна больным пожилого возраста. В народе её применяют при депрессии, мигрени, атеросклерозе, головокружении, при шуме в ушах, бессоннице, вегетативных неврозах, тахикардии, при спазмах в желудке и кишечнике, нарушениях пищеварения, плохом аппетите, хронических запорах и метеоризме, при гинекологических заболеваниях, болезненных менструациях, при повышенной половой возбудимости.

АСТМА. 4 столовые ложки листьев и цветков мелиссы залить 2 стаканами кипятка, настоять 4 часа. Пить по полстакана 3 раза в день до еды. Принимать, пока не надоест. Затем заменить лечение другими средствами и вернуться к мелиссе через полтора-два месяца.

СТЕНОКАРДИЯ. Чайную ложку травы заварить в стакане кипятка, настоять 1,5 часа. Принимать по полстакана 2 раза в день в виде поддержки не в самые острые периоды заболевания.

ЭМФИЗЕМА ЛЁГКИХ. 50 г травы мелиссы и 20 г сухих соцветий сивца лугового (можно приобрести у травников) на 1 л сухого белого вина. Настаивать сутки. Пить по полстакана 2 раза в день, а также при приступах.

* * *

Побочных проявлений у мелиссы немного. Излишнее увлечение ею может вызвать жжение при мочеиспускании, головную боль. Не показана мелисса при очень низком кровяном давлении. Не следует принимать настой мелиссы при брадикардии, когда частота пульса меньше шестидесяти ударов в минуту.

Можжевельник обыкновенный

Можжевёловые ягоды находят широкое применение при заболеваниях печени, желудка, хронических воспалениях почек и мочевого пузыря, а также при хронических бронхитах, бронхоэктазах, других заболеваниях лёгких с обильной гнойной мокротой. Можжевельник полезен при высоком содержании белка в моче, при образовании камней в печени, при сердечных отёках, при вздутии живота. Эфирное масло, получаемое из плодов, втирают в онемевшие места при параличе, в суставы при подагре, ревматизме, полиартритах. Отваром хвои можжевельника спринцуются при трихомонадном кольпите, а отвар коры пьют при половом бессилии. Отвар веток иногда используется в борьбе с водянкой.

ВОСПАЛЕНИЕ ПРИДАТКОВ. При воспалении, болях в народе советуют жевать свежие ягоды можжевельника, начиная с 4 ягод в день, увеличивая их приём по ягодке до 1/3-ти, затем обратно уменьшая до 4-х. Это самый эффективный метод лечения. При необходимости для спринцевания готовят отвар из ягод можжевельника (из расчёта 1 столовая ложка ягод на 0,5 л воды).

РАК ЖЕЛУДКА, КИШЕЧНИКА. 1 столовая ложка ягод на 1 стакан холодной кипячёной воды, настоять 2 часа, временами помешивая. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день за 15–20 минут до еды.

МОЧЕВОЙ ПУЗЫРЬ (хроническое воспаление, выделение в моче белка). ВОДЯНКА. Столовую ложку ягод залить 1 стаканом кипятка, поставить в кипящую водяную баню, парить 30 минут. Остудить. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день за полчаса до еды.

ПСОРИАЗ. 2 чайные ложки измельчённых ягод залить 2 стаканами кипятка, настоять до остывания, процедить, добавить сахар и на водяной кипящей бане варить до состояния сиропа. И принимать по 1 чайной ложке 3 раза в день. (Думаю, это можно рассматривать как составную часть комплексного лечения.)

ГЕРПЕС. Перемолоть в кофемолке 2 столовые ложки сухих ягод, залить на уровне порошка небольшим количеством водки, настоять 2 недели. При первых признаках назревания герпеса смазывать его 2–3 раза в день.

ДЕРМАТИТ. При кожном заболевании измельчить 200 г веток, залить холодной водой на 2 часа, затем прокипятить на малом огне 20 минут, процедить и влить в ванну. Принимать 20 минут через день, в течение 10 дней.

АРТРАЛГИИ, МИАЛГИИ. 15 г ягод настоять в 100 мл водки пару недель и использовать для растираний. (Когда болезни ревматоидного характера.)

АСТЕНИЯ, ЦЕРЕБРАСТЕНИЯ, ДИЭНЦЕФАЛЬНЫЕ ПАРОКСИЗМЫ, ИШЕМИЯ МОЗГА. 1 столовую ложку ягод залить 200 мл кипячёной воды комнатной температуры, настоять 8-10 часов, принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в сутки в течение 1,5–2 месяцев.

СЕРДЕЧНАЯ БОЛЬ. Для снятия боли в области сердца съесть, хорошо разжевав, 10 ягод — и через 15–20 минут боль проходит.

* * *

При сборе шишкоягод можжевельника ни в коем случае нельзя допускать примеси ягод можжевельника казацкого — они сильно ядовиты и внутрь не назначаются.

Выявлено практикой, что плоды можжевельника обыкновенного при длительном употреблении и в неумеренных дозах раздражают почечную паренхиму, могут вы звать гематурию — кровотечение. Противопоказан можжевельник при остром гломерулонефрите, острых нефритах, нефрозонефритах. Не рекомендуется он при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, острых гастритах и колитах. Противопоказан можжевельник при беременности. Не рекомендуется при водянке. Нельзя назначать на длительный срок — свыше 1,5–2 месяцев.

Молочай болотный

Вот и мост через реку Дёму. Дальше дорога ведёт к едва виднеющейся вдали деревне Кара-Якупово, оттуда и до посёлка Чишмы недалеко, но сразу после моста по еле заметной грунтовой дороге машина съезжает в сторону обширных, богатых разнотравьем заливных чишминских лугов. Летом здесь раздолье, но сейчас, в октябре, пожухшие луга мало чем привлекательны, веет печалью увядания. Вокруг ни души. Однако именно здесь находится предмет моего вожделения. Оглядываюсь по сторонам и ещё издали вижу пучки сильно ветвистых стеблей красновато-сизого цвета, уже голые, с облетевшими листьями. Это он и есть, молочай болотный. Растение довольно редкое. Ещё в советские времена молочай болотный был включён в список редких исчезающих видов растений северо-запада европейской части России.

Сегодня я приехал брать его корень. Настойку высушенных корней молочая болотного я использую наружно при воспалительных заболеваниях головного мозга, различных опухолях, в том числе и злокачественных, при энцефалопатии, миопатии и целом ряде других трудноизлечимых заболеваний. Лет пятнадцать назад именно благодаря этому молочаю мне удалось вылечить девочку из Узбекистана от туберкулёза лимфатических узлов. Прошло уже восемь лет, как лечил подростка из Пензы от рака червя мозжечка — в том случае тоже пригодился молочай болотный.

Корень настаивается на водке, обладает сильной жгучестью. Перед смазыванием настойкой кожа во избежание ожога обрабатывается растительным маслом, настоянным на свежих цветках вероники лекарственной или на цветках зверобоя. Использовал я и отвар высушенного корня: всего 2 г на стакан воды или по 1 г порошка 3 раза в день после еды, запивая водой. Других рецептов я не даю, так как молочай болотный жгуч и ядовит. Химический состав не изучен. Многие травники стараются не иметь с ним дело — не хватает знаний. Вообще с любыми молочаями надо быть очень осторожным.

Молочай палласа

Основное место его обитания — Восточная Сибирь, Монголия, Китай. Вполне возможно, что встретить его можно и в других местах. Не исключаю и наш Башкортостан. Ведь сколько других обитателей Сибири и Дальнего Востока неожиданно встречаешь, хотя бы единично, в наших горах, таёжных лесах, степях и в лесостепи. Иногда, натужно выкапывая мощные, толщиной с руку, корни молочая болотного, невольно закрадывается мысль: а не молочай ли Палласа это? И высотой, и толщиной стеблей, и мощными ветвистыми корнями, и листьями как две капли похож! Я ведь не ботаник, не флорист, могу и перепутать очень схожие растения. Тем более что в данном случае и применение практически одинаковое.

Прозвище у молочая Палласа — «мужик-корень». Действительно, ни у одного другого молочая нет такого могучего корня. Семь потов сойдёт, покуда его выворотишь из земли.

Сибирские целители лечат его корнем рак желудка и злокачественные опухоли. В нём действительно обнаружены лактоны с антибактериальной и противоопухолевой активностью. Тибетская медицина считает, что молочай Палласа эффективен при лечении нарывов, опухолей, сибирской язвы. В китайской медицине корни используются для лечения туберкулёза лимфатических узлов, туберкулёза костей и суставов. Концентрированный отвар в виде масляной жидкости используют для растираний при лечении туберкулёза кожи.

Молочай Палласа ядовит. При раке различной локализации делают отвар: 5 г корня на 0,5 л воды, кипятить 15 минут, настоять 2 часа, пить по столовой ложке 2–3 раза в день перед едой. Или принимать порошок по 0,025 г 2 раза в день (по рецепту сибирского целителя В. В. Телятьева).

Мордовник обыкновенный

Во время цветения он своеобразно красив: представьте себе высокий стебель с розеткой колючих листьев внизу, а сам почти что голый и на макушке сиренево-синий шар, крупный, слегка щетинистый от плотно прижатых друг к дружке трубчатых цветков. Зато в сентябре мордовник теряет свою красоту и привлекательность. Особенно среди бурьяна стоит серый, сирый. Возьмёшь в руки ещё больше ощетинившийся блеклый шар, и он тотчас рассыпается в ладони десятками отдельных семянок, похожих на зерна овса.

Сведения о мордовнике очень скудные. Из химического состава говорится только об алкалоиде эхинопсине. А растение, на мой взгляд, очень ценное при таких заболеваниях, как периферические параличи, парезы, плекситы, радикулиты при воспалённом нерве, полиомиелите. Применяют его при лечении хронического лучевого воздействия. Я же наблюдал положительное действие семян мордовника при миастении, энцефалопатии, мышечной атрофии, рассеянном склерозе.

Ещё в самом начале работы с мордовником я очищал семянки от шелухи — это когда готовил специальную настойку от гипотонии и миастении. Сейчас использую семена в неочищенном виде, увеличив только их количество: половину банки наполняю семенами и доверху заливаю водкой. Настаиваю не меньше месяца. Назначаю каплями от 10 до 20–25 на ложке воды 2–3 раза в день — в зависимости от заболевания.

Несколько лет назад вылечился довольно молодой мужчина от энцефалопатии. У него непроизвольно закрывались веки, он не мог удержать их открытыми более 15–20 секунд. Потребовалось несколько месяцев лечения (вместе с сопутствующими заболеваниями). При рассеянном склерозе необходимо принимать каплями не только внутрь, но и ежедневно смазывать весь позвоночник — до копчика.

* * *

В малых дозах настойка мордовника повышает, а в больших — снижает артериальное давление. Лично я предпочитаю не назначать мордовник при гипертонии, так как большие дозы могут вызвать судороги.

Противопоказан мордовник при беременности.

Морковь дикая

В годы войны, бывая летом в деревне, я с мальчишками охотился за съедобными травами, особенно за саранкой — лилией кудреватой со сладкими сочными клубнями, не проходили мимо дикой моркови. Издали увидишь её зонтик, бежишь, выдернешь из земли, оботрёшь о траву и жуёшь, глотая терпкий, сладковато-жгучий морковный сок. Все луга в округе оббежишь. Глядишь, чувство голода и притупится.

Это теперь я знаю, что сок дикой моркови используют внутрь и наружно при раке. Теперь уже мне известно, что все растение отваривают и пьют настой при заболеваниях печени, желтухе, обмороках, корнеплоды едят при гастритах, сок травы пьют от запоров, тертой морковью обкладывают опухоли. При желтухе и холецистите успешно действует отвар семян.

РАКОВАЯ ЯЗВА. Свежие измельчённые листья дикой моркови постоянно прикладывать к гниющей раковой язве, которая распадается. Полезно промывать эти язвы соком и отваром из листьев.

РАК КОЖИ. Делать как можно чаще примочки из сока дикой моркови. Одновременно принимать этот сок внутрь по 1 чайной ложке 3–4 раза в день.

ПОЧЕЧНО-КАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ. 1 столовую ложку семян залить стаканом кипятка. Настаивать всю ночь. Утром подогреть и пить горячим по 1 стакану 3 раза в день. Камни растворятся и выйдут песком.

* * *

При пиелонефрите препараты из семян моркови противопоказаны, так как могут вызвать обострение болезни.

Морковь культурная

Морковь в лечебном питании и вообще в лекарственных целях играет огромную роль.

На Руси морковь всегда использовали «когда бьёт в головушку» (снижение высокого давления) и «улучшении крови при слабости вообще и особенно женской» (анемия, климактерические кровотечения). Бабки-ведуньи в сёлах готовили «лечебный напиток» для женщин, потерявших интерес к интимной жизни, и для мужчин, когда они испытывали «сбои». Сок моркови, свёклы, редьки в равных частях сливали в тёмную четырёхугольную (не круглую) бутыль, закатывали её в тесто и томили в печи несколько часов. Это сегодня мы знаем, что морковь чрезвычайно богата каротином и образующимся из него витамином А. Благодаря каротину морковь способствует хорошему росту детей. С высоким содержанием каротина в моркови связано состояние нашего зрения. Однако морковь — это не только «копилка» каротина. В ней содержится чуть ли не весь витаминный алфавит, немалую роль играют пантолиевая и никотиновая кислоты, различные микроэлементы. Пектины и клетчатка моркови стимулируют работу желудка и кишечника, поглощают многие нежелательные, а то и просто ядовитые вещества, «вылавливают» и желчные кислоты, снижая тем самым уровень холестерина в крови, оздоравливая сосуды и сердце.

Не стану заниматься пропагандой всех полезных свойств моркови, многие знают это и без меня. Напомню лишь некоторые рецепты, которые могут пригодиться.

ИНФАРКТ МИОКАРДА. Сразу после заболевания принимать 2 раза в день по полстакана свежеприготовленного сока с 1 чайной ложкой растительного масла. Немного позже пить вместо чая слабоконцентрированный настой плодов боярышника.

СТЕНОКАРДИЯ. 1 столовую ложку семян моркови на 1 стакан воды, довести до кипения и дать слегка покипеть 1 минуту. Настоять 2 часа. Принимать по 3 столовые ложки 3 раза в день.

ВАРИКОЗНОЕ РАСШИРЕНИЕ ВЕН. 2 столовые ложки сухой ботвы моркови залить 0,5 л кипятка, закрыть крышкой и настоять 8-10 часов. Пить в тёплом виде по трети стакана 4–5 раз в день за 20 минут до еды на протяжении 1–2 месяцев.

МОЛОЧНИЦА. При молочнице у детей почаще смазывать рот смесью морковного сока с мёдом.

БРОНХИТ, ЛАРИНГИТ. В стакане свежего сока размешать 2–3 чайные ложки мёда. Принимать по 1 столовой ложке 4–5 раз в день.

РАК ЖЕЛУДКА, ГОРТАНИ. Пить хотя бы по полстакана 4–5 раз в день смесь морковного сока с молоком и мёдом. Это не просто дополнительное средство, поддерживающее силы организма, но и действенное лекарство.

РАК МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. Я уже не раз писал об этом: при раке молочной железы, если по какой-либо причине не удалось сделать операцию, начать прежде всего прикладывать к опухоли свежескобленую морковь и делать это ежедневно, меняя почаще, пока морковь не начнёт «выедать» продукты распада опухоли. И в том, что человека можно спасти, я могу теперь говорить уверенно.

Было несколько таких случаев, но самый яркий пример с Юлей О. Когда в октябре 2002 года муж привёл её ко мне с последней стадией рака левой молочной железы в степени распада опухоли и с метастазами, я ужаснулся: как же так, почему вовремя не сделали операцию? Легкомыслие молодости? Но женщине уже 41 год (хотя выглядела она лет на десять моложе, была свежа и очаровательна). И обратилась она в онкодиспансер всего три месяца назад. Там ей удалили яичники, провели один курс химиотерапии, не стали скрывать серьёзности положения. В выписке отмечено: «На фоне гнойно-некротических масс комплексы клеток железисто — солидного рака». Из сопутствующих заболеваний — нейроциркуляторная дистония. Конечно, впервые попав в больницу и насмотревшись там всего, Юля, как умная женщина, поняла, что шансы её равны нулю, лучше уж на все махнуть рукой и попробовать справиться с болезнью своими силами, с помощью народной медицины. Обо мне она была наслышана (оказывается, года два тому назад с моей помощью вылечилась от рака яичников её знакомая). И полностью доверилась мне, хотя ничего определённого я ей не обещал. Велел прямо сегодня же начать обкладывать грудь морковью, составил лечебный комплексна первый месяц.

Понятно, здесь нет возможности описать подробно весь цикл лечения — сложный и нудный. Интересно другое: скоблёная морковь постепенно вытянула всю опухоль наружу, вскрыла её, образовав глубокую язву, из которой месяца через три выпал большой, дурно пахнущий продукт распада. Юля сразу позвонила мне, и я посоветовал промыть рану крепким отваром корней кровохлёбки, влив в него пару ложек настойки водяного перца, затем в образовавшуюся «дыру» вставить тампон с травяным маслом (смесь масел из зверобоя, тысячелистника, календулы). К весне рана полностью зажила. А в июле вместе с мужем и близкими друзьями Юля, заядлая туристка, отправилась в верховья реки Агидель. А мне на память они привезли цветную фотографию легендарного в тех заповедных местах Муйнак-таша.

Подводя итог рассказанному, скажу: без моркови я не смог бы вылечить Юлю.

* * *

Тем не менее, даже этот, казалось бы, безобидный овощ имеет целый ряд противопоказаний.

Свежую морковь и сок из неё нельзя употреблять при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, при гастрите с повышенной кислотностью желудочного сока, при колите, поносах, почечно-каменной болезни — фосфатном и карбонатном вариантах.

От моркови придётся отказаться при тяжёлой форме сахарного диабета. У детей при чрезмерном увлечении морковью могут наблюдаться повышение температуры, рвота, потливость, высыпания на коже и даже пожелтение кожи.

Кстати, при заболеваниях щитовидной железы и печени каротин моркови не усваивается. Морковь может навредить при пониженной функции щитовидной железы. От морковного сока, как лечебного средства, необходимо отказаться при заболеваниях печени.

Морозник

В лечебных целях применяются три вида морозника: морозник кавказский, морозник краснеющий, морозник чёрный. Все три вида относятся к очень ядовитым растениям. Используются корни и корневища.

Морозник применяется при нарушениях кровообращения, сердечно-сосудистой недостаточности 2-й, 3-й степеней. Кора, снятая с корней, иногда используется при онкологических заболеваниях. Отвары корней находят применение — местно! — при некоторых кожных заболеваниях. Однако даже местное действие настолько сильное, раздражающее кожу, что может вызвать рвоту и понос.

Препараты морозника применяют при хронической недостаточности сердца — действует на него регулирующе, на центральную нервную систему — успокаивающе, при заболеваниях почек — мочегонное. Масло корня морозника применяют для лечения эпилепсии. Сок растения полезен для снятия болей в ногах и пояснице, при болезнях мочевого пузыря.

По мнению знахарей, варёный корень, надетый на шею, унимает припадки и изгоняет порчу.

* * *

Опасность пользования морозником заключается в том, что содержащиеся в нём сердечные гликозиды кумулятивны, то есть способны накапливаться в организме, и это при неумелом пользовании может нанести непоправимый вред.

Мухомор красный

Собирал я в лесу грибы. Уже половину корзины собрал. Иду, радуюсь удаче. Места безлюдные, ближайшее жильё — лесной кордон с десятком крестьянских изб. И вдруг попадается мне на пути молодая пара, сразу видно — горожане. Приехали, видимо, сюда в гости. И тоже собирают грибы, не скрывая восторга — прекрасными рыжиками полны их корзины, уже начали класть в полиэтиленовый пакет. С любопытством заглянули в мою корзину и ужаснулись. «Дедушка, сейчас же выбросьте! — взволнованно говорит мне девушка с испугом на лице. — Это очень ядовитые грибы! Надо собирать вот такие, как у нас». Отвечаю им шутливо: «А я эти очень люблю. Никаких других мне не надобно». А сам гляжу на них — уж очень юные, ничего не понимают. Пришлось рассказать, какая польза будет от моих грибов, сколько серьёзнейших болезней можно вылечить ими. Это нервные и психические расстройства, функциональные нарушения деятельности спинного мозга, множественный склероз, болезни суставов, радикулит, остеохондроз. Мазь, приготовленная из мухоморов, является высокоэффективным средством при лучевых поражениях кожи и слизистых оболочек. Улучшение наступает уже через 6-10 процедур. Мухомор лечит экзему и другие поражения кожи. А главное — мухомор здорово помогает при онкологических заболеваниях.

Вот уже шестой год живёт Елена Ивановна, которой врачи не давали и двух месяцев — запущенный РАК ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. О своём заболевании она знает. Когда в онкодиспансере ничего не стали ей делать — ни лучевую, ни химию, а выписали «на симптоматическое лечение по месту жительства» и дали первую группу инвалидности, с мужем она пришла ко мне, не плакала, не охала, лишь спокойно попросила: сделайте так, чтобы я от болей долго не мучилась. Боли мы сняли через пару недель, а травы она пьёт по сей день. За пять лет она не пропустила ни одной лекции — преподаёт в институте, принимает зимние и летние экзамены. Только нынче решила уйти на пенсию — не по инвалидности, а по возрасту. Одно плохо — сказываются метастазы в кость. Мало того, поскользнулась на льду и получила перелом ноги. Кость срослась, но приходится ходить с тростью.

Просматривая все курсы лечения за эти годы, я невольно обратил внимание на то, что среди десятков разных назначений чаще всего встречались настойка мухомора, настой листьев чёрной ольхи (одно из лучших средств при раке поджелудочной железы).

Мухомор, по моим наблюдениям, играл положительную роль при раке мозга, но применяют его при опухолях разной локализации, лейкозе. Я настаиваю одни только шляпки молодых («домиком») грибов. Даю полежать им на балконе пару дней, затем складываю в стеклянную банку по самые плечики и заливаю водкой.

Мухомор используется не только при опухолях.

СУДОРОГИ. Принимать по 5 капель настойки в рюмке воды утром натощак и на ночь. Непродолжительно.

БОЛЕЗНЕННЫЕ МЕНСТРУАЦИИ. Принимать 4–5 капель утром натощак в рюмке воды. При достижении положительного результата сократить приём до 1 раза, в неделю, затем до 1 раза в месяц. (Это относится и к судорогам.)

ДИАБЕТ НЕСАХАРНЫЙ. Готовится настойка из расчёта 1 часть шляпок грибов и 5 частей водки. Настоять 2–3 недели. Принимать вначале по 5 капель на воде, через 2–3 недели — по 10 капель. Или подобрать дозировку индивидуально 7 или 8 капель. Три раза в день.

ИШИАС, РАДИКУЛИТ. Растирать настойкой мухомора больные места.

* * *

Всегда соблюдать дозировку. Отравление можно получить от завышенных доз, поэтому прислушивайтесь к себе и помните: отравление проявляется в сильном нервном возбуждении и галлюцинациях, в более тяжёлых случаях ощущается похолодание всего тела, упадок сердечной деятельности, потливость, тошнота, жажда, сильные боли в животе, ослабление зрения, головокружение, спутанность сознания, временная потеря памяти, удушье, судороги. Гриб ядовит, но случаи смерти от отравления им редки. Абсолютно смертельная доза яда содержится в 3–5 мухоморах.

Мыльнянка

«Татарским мылом» называли её в старину — корни использовались вместо мыла для стирки. Но и на лекарственные цели не забывали собирать.

В народной медицине настой корней и листьев считается эффективным при сильном кашле, бронхитах, воспалении лёгких, коклюше, мыльнянка обладает способностью разжижать и усиливать отхаркивание мокроты. Поэтому она находит применение при ларингите, фарингите, ангине. Часто используют её при желтухе, болезнях печени и селезёнки, холециститах, желудочно-кишечных заболеваниях, запорах, а также при подагре, ревматизме, различных полиартритах, фурункулёзе, чесотке, псориазе, экземе, лишае.

РЕВМАТОИДНЫЙ АРТРИТ. 1 чайную ложку корней на стакан прохладной кипячёной воды. Стакан поставить в кипящую водяную баню и прокипятить 15 минут. После остывания процедить. Довести объём кипячёной водой до исходного. Принимать по 4 стакана в день на протяжении 2 недель, сделать перерыв на 10 дней и повторить курс. Пройти 3 курса лечения.

ОЖИРЕНИЕ. Да, это один из специальных, конкретных рецептов, дающих видимые результаты. Готовится лекарство из расчёта 1 чайная ложка на стакан воды. Довести до кипения и на слабом огне, при самом лёгком кипении, варить 15 минут. Настоять 1 час, процедить. Принимать по 1 стакану 3 раза в день после еды (не пить натощак!). Курс 15 дней. Затем на 10 дней сделать перерыв и повторить снова — ещё 2–3 таких курса.

ГЕРПЕС, ОПОЯСЫВАЮЩИЙ ЛИШАЙ. 2 столовые ложки корней залить 0,5 л кипятка, ещё слегка покипятить 5 минут, настоять 1 час, процедить. Использовать для обмываний герпетических высыпаний и для компрессов.

ФУРУНКУЛЁЗ. 1чайную ложку измельчённых корней залить 1 стаканом кипятка, настоять 4 часа. Принимать по 2 столовые ложки 3 раза в день после еды.

ВОСПАЛЕНИЕ ЛЁГКИХ, БРОНХИТ. 1 чайную ложку корней заливают стаканом холодной кипячёной воды. Настоять 8 часов, процедить. Настой не требует удаления пены. Принимать по четверти стакана 3–4 раза в день после еды.

* * *

Отвары корней мыльнянки нельзя назначать при слабом желудке. Завышенные дозы вызывают тошноту, рвоту, понос, боль в животе. Не принимать натощак — только после еды!

Мята перечная

Имеется два сорта перечной мяты: белая с зелёными стеблями, чёрная — с тёмно-красными стеблями. Перечная мята выращивается только в культуре. Возделывают её в специальных хозяйствах. Я, как и многие садоводы, развожу её на своём садовом участке. Можно бы, конечно, купить в аптеке, но её, зачастую полувыдохшуюся, бог весть где и в чём хранили. Ведь очень важно, чтобы из листьев не улетучивались эфирные масла, иначе от неё никакого толку не будет.

Очень высоко ценили целебные свойства мяты Гиппократ, Авиценна, Парацельс и другие врачи древности и лечили ею головные боли, желтуху, желудочно-кишечные заболевания, кожные болезни. Плиний Старший для успешного восприятия наук рекомендовал своим ученикам надевать венок из мяты. Принимая гостей, занимаясь с учениками, Плиний повелевал натирать стол листьями мяты для создания хорошего настроения и успешного учения.

Перенесёмся назад лет на двести-триста, когда знаменитый английский мятный соус подавали к столу у русских царей только на самых торжественных приёмах. Наличие этого соуса на столе красноречиво говорило о ранге послов и оказанной им чести. (Хотите, выдам секрет приготовления этого соуса? Делается очень просто: надо мелко нарезать 3 столовые ложки листьев мяты, добавить 2 столовые ложки сахара, 1 столовую ложку уксуса, 3–4 столовые ложки воды. Дать настояться 2 часа. Соус подают к мясным, рыбным блюдам. Можете удивлять гостей.)

Широко используется мята перечная в народной медицине. Настой травы в горячем виде пьют как успокаивающее, противосудорожное, для возбуждения аппетита, а также при нервных расстройствах, болезнях сердца, лёгких, особенно после кровотечения из лёгкого, при гастритах с повышенной кислотностью, как укрепляющее при истощении и упадке сил, при ревматизме. Препараты мяты принимают при гипертонии, бессоннице, заболеваниях печени, при спазмах в желудке, кишечнике, при метеоризме, при мигрени. Настой листьев помогает при стенокардии, тошноте, при чрезмерных и болезненных менструациях.

Было у меня несколько больных, которым жизненно необходимо было коронарное шунтирование, но мешали этому разные серьёзные противопоказания. И тогда одним из важных элементов их лечения стала мята, казалось бы, в самом простом исполнении.

СЕРДЦЕ. Чайную ложку измельчённых сушёных листьев залить стаканом кипятка, настоять, укутав, 20 минут. Выпить мелкими глотками горячий настой за 30–40 минут до завтрака. Пить ежедневно, не пропуская ни одного дня, в течение 1–2 лет. Это как скрипичный ключ в нотах, настраивающий больного на излечение. И вообще это эффективное средство можно принимать всем, у кого слабое сердце, с перебоями в его работе, замирании, спазмах и других тревожных проявлениях.

СТРЕСС. Всем нам желательно не подвергать нервную и сердечно-сосудистую систему любым стрессовым ситуациям, особенно затяжным. И здесь хорошо помогут мята с подмаренником настоящим: поровну смешать их, заварить 2 столовые ложки в 0,5 л кипятка, настоять 2 часа. Принимать по полстакана 1 раз в день в течение 5–7 дней.

МИГРЕНЬ. 2–3 чайные ложки мяты залить стаканом кипятка, настоять 30–40 минут, процедить. Пить равными порциями в течение дня. (К этому хорошо бы добавить по 20–25 капель настойки марьиного корня 2–3 раза в день. Это даёт стойкие положительные результаты.)

ЛИМФАДЕНИТ. Несколько раз в день делать примочки из размятых листьев. В зимнее время распарить сушёные листья и прикладывать к больному месту.

ПАНКРЕАТИТ. Смешать 3 чайные ложки мяты и 1 чайную ложку измельчённого корня одуванчика, залить стаканом воды и кипятить на слабом огне 5–7 минут, настоять 30 минут, процедить. Пить по четверти стакана 3–4 раза до еды не меньше 5 недель. Отдохнуть 10 дней и ещё полечиться 2 недели.

МАТОЧНОЕ КРОВОТЕЧЕНИЕ. Если нет у вас под руками других трав, упомянутых в этой книге, возьмите полную столовую ложку мяты и залейте двумя стаканами кипятка. Настаивать 2 часа, процедить. Пить по полстакана настоя 3–4 раза до еды.

* * *

Оба сорта перечной мяты — белая и чёрная, в том числе и мята водяная — все они нежелательны при пониженной секреции желудочного сока. Не стоит пользоваться ею при выраженной артериальной гипотензии, то есть низком давлении. Иногда отмечается аллергия к мяте — тогда её немедленно надо отменить.

При ингаляциях мятой большие дозы могут вызвать спазм бронхов, расстройство дыхания вплоть до его остановки. Возможно, появление болей в сердце от приёма крепкого настоя.

Длительное пользование мятой полевой может послужить причиной бесплодия, а именно она наиболее часто встречается на сырых лугах, в заболоченных лесах, даже на полях и сорных местах — её и собирают, не имея садовой мяты и применяют в тех же целях, но бесплодие к перечной мяте не относится.

У кормящих матерей мята уменьшает выработку молока. Приём мяты в больших количествах (а такие любители попадались мне) — ухудшает сон, вызывая беспокойство и дурные сновидения.

Амирдовлат Амасиаци утверждал, что мята вредна для почек, и её следует уравновешивать соком солодки. У него же говорится: «Мята вызывает жжение в горле. Её вредное действие устраняет полынь». Наверняка здесь речь идёт не о перечной, а полевой или малоцветковой мяте.

Необходимо помнить, что, снижая тонус сосудов, мята может спровоцировать, к примеру, варикозное расширение вен.

Наперстянка

Вдоль опушки леса, собирая цветы, ходили молодая женщина с девочкой лет пяти-шести. У них уже набрался порядочный букет — пышный, яркий, цветистый. Украшали букет и ромашки, и тысячелистник, и ярко-розовый кипрей, и небесно-синий цикорий, красные головки клевера и даже — по центру — несколько высоких стеблей синюхи лазоревой.

«Мама, я нашла колокольчик, — закричала девочка. — Только он не синий, а почему-то жёлтый. Сорвать?» Мать откликнулась: «Рви! У нас в середине жёлтого мало».

Я собирал поблизости буквицу лекарственную. И увидел, как девочка мочалит стебель наперстянки крупноцветковой. Сломать силёнок не хватало, и она выдернула растение с корнем, побежала к маме, стараясь перегрызть стебель у основания нижних листьев — не с корнем же ставить его в букет. «Вы не боитесь, что ваш ребёнок отравится?» — спросил я у неопытной мамаши. «А что? — встрепенулась она. — Цветок-то красивый».

Я вкратце объяснил, что цветок действительно и красивый, и даже целебный, но очень ядовитый. Отравиться можно, даже пожевав его цветки или стебель. А если будет стоять в букете, особенно в спальной комнате, к утру вызовет головную боль.

Женщина испуганно, как змею, выбросила цветок подальше в кусты. И уже с подозрением оглядела весь букет, спросила: «А ядовитых здесь больше нет?» Я успокоил её. У нас завязалась небольшая беседа о травах — кто откажется от общения, пускай кратковременного, с обаятельной молодой женщиной? Тем более, что она, приоткрыв рот, восторженно слушает тебя…

Немало приключений выпало на долю наперстянки. Надо отметить, что в трудах древних врачей нет упоминаний о наперстянке. Это лекарственное растение, видимо, не было известно им. Интерес к наперстянке проявился лишь у врачей средневековья, да и то как к средству рвотному и мочегонному. И использовали её буквально в лошадиных дозах — до 10 г высушенных листьев наперстянки пурпурной. Прописывали при эпилепсии, туберкулёзе и многих других заболеваниях. Кому-то, видимо, помогало, но многочисленные случаи отравления и смерти заставили врачей отступиться от опасного растения. Лишь в XVIII — начале XIX в. один из ирландских врачей, проанализировав фамильный рецепт успешно врачевавшей знахарки, пришёл к выводу, что наперстянку надо давать в очень небольших дозах.

Наперстянка пурпурная у нас не растёт, а импорт прекратился во время первой мировой войны. Тогда направили взор на дикорастущий вид, наперстянку крупноцветковую, в изобилии растущую в горах Среднего и Южного Урала. Медицина обратила внимание на то, какой чудодейственный эффект даёт наперстянка в запущенных, подчас безнадёжных случаях тяжёлой сердечной декомпенсации, а известный врач-клиницист С. П. Боткин назвал наперстянку одним из самых драгоценных средств, какими обладает терапия…

Когда молодая мама с дочкой ушли — они отдыхали в находившемся неподалёку санатории, я достал из кустов выброшенную наперстянку, оборвал нужные мне листья, заодно отыскал ещё несколько цветущих растений, чтобы сегодня же положить их на сушку — зимой пригодятся. Сушить надо быстро, чтобы долго не лежали, но обязательно в тёмном месте — солнечный свет, даже комнатный, сразу сказывается на качестве травы.

Имеются, конечно, десятки видов лекарств, приготовленных на основе гликозидов дигиталиса — так на латыни называют наперстянку, однако порошок из высушенных листьев, на мой взгляд, предпочтительней — не ударяет по почкам и печени. Во всяком случае моя сестра, врач опытный, сама не раз выписывавшая рецепты сердечникам, при возникшей необходимости предпочла принимать приготовленные мной порошки. На точных весах я отмерял по 0,05 г — разовую дозу и фасовал их в маленькие бумажные пакетики. А при необходимости включал наперстянку малыми дозами в сердечные сборы.

* * *

Оба вида наперстянки — крупноцветковая и пурпурная — обладают высокой биологической активностью, ядовиты. Из организма выводятся медленно, постепенно накапливаются в тканях. Длительное применение или передозировка могут привести к резкому падению пульса, задержке мочи при отёках, нарушению ритма сердечной деятельности. При ухудшении общего состояния, усилении одышки, беспокойстве, нарушении сна и неприятных ощущениях в области сердца лечение наперстянкой надо немедленно отменить.

Наперстянка противопоказана при брадикардии. Необходимо исключить её при инфекционных заболеваниях.

Норичник узловатый

У работяги лошади натёрло загривок упряжью. Сначала кожа просто воспалилась и был нестерпимый зуд, затем открылась рана, превратясь в незаживающую язву. Хозяин чем только не лечил — и дёгтем мазал, и мазь, заживляющую язвы у людей, варил. Ветеринаров в ту пору не существовало, ведь это давно было. Отчаявшись, бедолага выдернул возле дома высокое, прежде никогда здесь не росшее растение с жёстким четырёхгранным стеблем, с листьями в пол-ладони и метёлочкой невзрачных цветков и торчащими на тонких стебельках тёмными горошинами — коробочками семян. А корень — клубневидно-утолщённый. Сердце, видимо, подсказало крестьянину — отмыл он корень от земли, разрезал на плоские куски и засунул скотине прямо в глубь язвы, лыком обмотал, чтоб не выпали. Лошадь стояла смирно, даже, как показалось, благодарно мотнула головой. Наутро проверил хозяин норицу — так называют язву на конском загривке — стала ведь заживать! Уже не сочится сукровица, у раны края сделались розовыми. «Вот тебе и норица!» — воскликнул хозяин — без лошади он совсем затосковал, ведь единственная кормилица в семье. Кинулся искать ещё такую же траву. Едва нашёл за деревней, на лесной опушке. Вот так стал он лечить лошадку. Из травы даже отвар сделал — заживающую рану обмывать. А через пару недель лошадка совсем здоровая сделалась. Никто в деревне не знал, как та трава называется. Вот и стали говорить о ней: норица, норичник.

А корни ботанического названия растения в самом деле произошли от слова «норица». Не пойму только, почему к норичнику пристегнули прозвище «узловатый».

Бог с ним, не это важно. Норичник стали применять не только для заживления язвы на загривке, но стали лечить и болезни ног у лошадей. А позже открылись и более ценные свойства растения — им стали лечить разные болезни и у людей. Да ещё какие!

Отвар корневищ (внутрь и наружно) применяют при зудящих дерматозах, скрофулёзе, зобе, лимфадените, фурункулёзе и геморрое. В разрезанном или измельчённом виде — как ранозаживляющее при нагноениях, опухолях, укусах змей.

Сок, отвар корневищ самостоятельно и в сборах используют при раке, инфильтратах, язвах. Настойку корневищ применяют при липомах (жировиках), малярии, отите и суставном артрите.

Листья тоже находят своё применение. Сок листьев, отвар, настойки, припарки в составе мазей, а также в свежем и сухом виде (измельчённые) применяют при чесотке, грибковых заболеваниях кожи, кондиломах. Отвар, настой (наружно и внутрь) применяют при заболеваниях щитовидной железы, инфекционных болезнях, опухолях и инфильтратах. Отвар и свежую траву используют при рожистых воспалениях, скрофулёзе, аллергических дерматозах, экземах, пиодермии, пузырчатке, высыпаниях на слизистой влагалища. Свежий сок — при туберкулёзе лёгких.

Настой травы пьют при болезнях почек, при нервных заболеваниях, головной боли и как тонизирующее.

ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫЕ ОПУХОЛИ. Настой травы и отвар корневищ — из расчёта 1 столовая ложка на стакан кипятка — применяют наружно для компрессов, припарок, обмываний. Мелкоизмельченные листья и порошок из них уменьшают боль, очищают раны от гноя и способствуют быстрому заживлению.

ЛЕЙКЕМИЯ. Половину чайной ложки сухих корневищ залить 1 стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Тёплый настой надо пить глотками, в течение всего дня, но не более половины стакана в сутки.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Приготовление и применение корневищ такое же. Курс не более 2 месяцев. Через месяц перерыва можно повторить.

ВОСПАЛЕНИЕ ЛИМФАТИЧЕСКИХ УЗЛОВ, НОВООБРАЗОВАНИЯ, СУСТАВНОЙ АРТРИТ, КОЖНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ, ФУРУНКУЛЁЗ. 1 чайную ложку корневищ залить стаканом кипятка, настоять 1 час и выпить по глотку в течение дня.

ЗОБ. 1 чайную ложку корневищ залить стаканом кипятка, настоять 1 час, принимать по 2 столовые ложки 3 раза в день.

* * *

Дозировки, как видите, очень небольшие, потому что корни норичника сильно ядовиты. Трава после высушивания частично теряет ядовитость, но обращаться с ней надо тоже осторожно, взвешенно.

Норичник в первую очередь противопоказан при беременности. Нельзя применять при обострении панкреатита, при колите и диарее. Прежде чем начать лечение, желательно провести индивидуальную пробу. При появлении тошноты и рвоты дозировку снизить наполовину либо совсем отказаться от использования норичника.

Облепиха крушиновидная

Ещё в Древней Греции любили эту ягоду и широко использовали для лечения — кого бы вы думали? — лошадей! Её так и называли — «блестящее лечение лошадей».

Впрочем, в древних тибетской, индийской, монгольской медицине облепиха занимала очень почётное место. Её считали универсальной и использовали для заживления наружных и внутренних ран, лечили органы дыхания, сердечно-сосудистую систему, улучшали общее состояние при авитаминозе и физических нагрузках.

Потом пришло длительное забвение и, по историческим меркам, совсем недавно, лишь после Великой Отечественной войны 1941–1945 годов произошло второе рождение облепихи: в неё поверили и очень полюбили. И было за что. Облепиха — настоящий кладезь витаминов. Попробуйте-ка сосчитать их: А, В, В, В, В, С, Е, К, Р. Каротина в облепихе больше, чем в моркови, витамина С столько же, сколько в чёрной смородине, но из облепихи он усваивается лучше. Витамин Е — токоферол, устраняет мышечную слабость, дистрофию, положительно влияет на сердечно-сосудистую систему, повышает выработку половых гормонов. Витамины А и Е в облепихе усиливают действие друг друга.

В современной медицине облепиховое масло применяют для лечения язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, язвенного неспецифического колита, хронического тонзиллита, злокачественных опухолей пищевода. Масло используют также при лучевых поражениях кожи, термических и химических ожогах, трофических язвах.

Облепиховое масло так широко применяется в современной медицине, что я не вижу необходимости описывать способы его изготовления и применения в дерматологической или глазной практике, лечении печени, пищевода, кишечника, кожных заболеваний. Сейчас все эти назначения может сделать лечащий врач. Правда, некоторые народные рецепты не входят в компетенцию врача. Приведу хотя бы пару примеров.

РАК ЖЕЛУДКА И ДРУГИЕ ОНКОЗАБОЛЕВАНИЯ. В период сокодвижения весной снять кору с веток не толще пальца, высушить, измельчить. 4–5 столовых ложек залить 0,5 л водки. Настоять не меньше месяца. Процедить. Принимать по 30 капель в четверти стакана воды 3–4 раза в день при комплексном лечении рака.

ГРИПП. Тонкие веточки мелко порезать (ветки можно брать в любое время года), 1 столовую ложку залить 1,5 стаканами воды, закрыть посуду и варить на слабом огне 15–20 минут, настоять в тепле 2 часа. Выпить на ночь маленькими глотками. Хорошо помогает в начальной стадии гриппа, снижает температуру и облегчает состояние.

РЕВМАТИЗМ, СУСТАВНЫЕ БОЛИ. 2 столовые ложки измельчённых веточек залить 300 мл крутого кипятка, настоять 2–3 часа, процедить. Принимать по полстакана 3 раза в день до еды. Боли утихают.

* * *

Облепиха, нет слов, полезнейшая ягода, да только вот некоторым людям вместо пользы может изрядный вред нанести.

Облепиховое масло нельзя принимать при остром холецистите, гепатите, панкреатите и всех других заболеваниях поджелудочной железы, а также при склонности к жидкому стулу. Сами плоды тоже противопоказаны при острых заболеваниях поджелудочной железы, желчного пузыря, печени, при расстройствах желудочно кишечного тракта.

Облепиховое масло часто назначают при лечении язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, но сами плоды и сок из них в таких случаях противопоказаны, так как содержат в себе много органических кислот, повышающих секрецию желудочного сока. Облепиха противопоказана и при гиперацидном гастрите.

Свежие плоды и сок облепихи повышают кислотность мочи, поэтому противопоказаны больным мочекаменной болезнью, особенно когда камни имеют уратную природу.

Овёс посевной

Представлять его нет необходимости, но и обойти вниманием невозможно, настолько он известен и необходим. Правда, родословной своей он похвастаться не может, происхождение его из самых низов — выходец из сорняков. И возраст у него приличный — из непроглядной глубины каменного века стал людям служить. А сейчас и вовсе является одной из важнейших злаковых культур.

Зерно овса больше, чем другие хлеба, содержит жиров и витаминов, богато белком, крахмалом, щелочными солями, камедями, эфирными маслами, холинами и другими полезнейшими веществами. Поэтому и в медицине его используют с давних времён.

Несмотря на отсутствие каких-либо серьёзных противопоказаний, я всё-таки решил включить его в книгу, видя в нём только надёжного друга, и сделать небольшую подборку рецептов от разных заболеваний. Некоторые из этих рецептов настолько малоизвестны, что грешно их держать только в среде узких специалистов, в стороне от людей, которые могут благодаря им получить действенную помощь.

Возьмём, к примеру, некоторые системные заболевания, считающиеся неизлечимыми, как склеродермия, красная волчанка, или буллезные дерматозы, пиодермию, витилиго — есть конкретные рекомендации их лечения.

СКЛЕРОДЕРМИЯ, ДЕРМАТОМИОЗИТ, КРАСНАЯ ВОЛЧАНКА, БУЛЛЕЗНЫЙ ДЕРМАТОЗ, ОБЛЫСЕНИЕ, ПИОДЕРМИЯ, ВИТИЛИГО. При всех этих заболеваниях 2 стакана овса надо залить 5–6 стаканами кипящего молока, проварить на медленном огне 2 минуты, настоять 30 минут, процедить. Принимать по 1 стакану 3 раза в день в течение месяца. Сделать на 1 месяц перерыв. Провести несколько таких курсов.

А помощь сердцу?

ИНФАРКТ МИОКАРДА. 1 стакан овса залить 1 л кипятка, на тихом огне упарить наполовину, процедить. Выпивать всего полстакана в сутки, но не залпом, а столовыми ложками в течение дня.

БОЛЕЗНЬ ПАРКИНСОНА. Медицина давно бьётся над тем, как остановить непроизвольные движения человека, связанные с поражением некоторых участков мозга, в некоторой степени решать проблему помогает овёс. 9 ложек овса варить в 3 л воды 1 час, затем ночь настоять. Выпить весь полученный отвар за день (или сколько сможете). Лечение длительное — 2–3 года.

ШИЗОФРЕНИЯ. Скажете: час от часу не легче. Неужели и при таком заболевании что-то может сделать овёс? Да, надо принимать отвар зёрен при шизофрении любого течения, если в клинике преобладают астенические расстройства с бессонницей, резким падением веса, анемией. Такой отвар показан и при других нервно-психических заболеваниях, таких как астенический синдром вследствие травмы головного мозга, постинтоксикационная астения любого происхождения (токсикомания, наркомания, отравление). Отвар готовится так: 1 стакан овса или крупы залить 1 л воды, посуду закрыть и поставить на маленький огонь, наблюдая, пока не выкипит половина воды. Процедить, отжать, влить в отвар 0,5 л кипячёного молока и 3 столовые ложки мёда. Посуду закрыть, смесь довести до кипения и сразу снять с огня. Принимать по полстакана 4 раза в день после еды. Перед повторным приёмом подогревать.

РАК ГОРЛА. На 2–3 л воды взять 0,5 кг зёрен и овсяной соломы, закрыть посуду крышкой и варить 20 минут. Дать немного остыть. Этим тёплым отваром протирать тело больного 30 секунд и сразу уложить в постель. Если по ходу обтирания на теле появятся синие или красные пятна или начнут отекать ноги, лечение не прерывать — это признак того, что больной на него реагирует и что возможны перемены к лучшему.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Входящие в колос стебли овса измельчить, доверху заполнить банку и полностью залить водкой. Настаивать 3 недели. Затем принимать по 20–30 капель на столовой ложке воды 3–4 раза в день до еды.

НЕФРИТ. Траву овса залить водой (чтоб воды на 1–2 пальца было больше) и кипятить 30 минут. В течение дня выпить 2 чайные чашки отвара (можно по половине чашки 4 раза в день). Курс лечения — 2–3 недели. Хорошо, если приём отвара сочетать с ваннами из овсяной соломы.

ПАНКРЕАТИТ. 1 стакан овса измельчить на мясорубке, залить 5 стаканами воды, варить после закипания 10 минут, настоять 1 час. Пить от четверти до половины стакана за полчаса до еды 3–4 раза в день.

ДИАБЕТ. Это уже из простых рецептов, но кто-то может не знать. Взять 100 г зёрен овса, залить 750 мл кипятка, настоять 2–3 часа. Пить по полстакана 3–4 раза в день до еды. Можно длительно.

* * *

Серьёзных противопоказаний к овсу пока не выявлено. При передозировке может наблюдаться головная боль. Наблюдалось два случая полной непереносимости настоев и отваров овса. Во время лечения овсом необходимо соблюдать умеренность в еде, исключить все спиртные напитки и, по возможности, кофе.

Огурец посевной

Из страны вечного лета — из Индии пришли к нам огурцы. Дикий огурец у себя на родине — тропическая лиана, растёт в лесах, вьётся, забираясь высоко на деревья, а плоды свисают вниз. Семена огурцов находили в развалинах хазарского города Саркепа, а это свидетельствует о том, что люди знают и любят огурцы почти шесть тысяч лет. Известно, что римский император Тиберий требовал, чтобы ему на обед всегда подавали огурцы.

Все мы знаем, что огурцы чуть ли не сплошь состоят из воды (96 %). Но, как пишет об огурцах Поль Брэгг, «самое ценное их составляющее — это жидкость, дистилированная самой природой». А дистилированная вода, как известно, помогает растворить многие яды, накапливающиеся в организме, и, проходя через почки, не оставляет в них неорганических остатков и песка. Тем более, что в этой дарованной природой воде много минеральных солей и микроэлементов (фосфор, кальций, магний, железо, калий, медь, марганец, сера, кобальт, цинк, кремний, йод).

Огурец — рекордсмен по содержанию щелочных эквивалентов, поэтому устраняет ацидоз (от латинского — кислый, т. е. закисление организма), благодаря чему излечивает хронические воспалительные процессы нагноения, где бы они ни располагались.

Огурцы прекрасно оздоравливают кишечник, сдерживают образование жиров из углеводов. Они усиленно регулируют кислотность желудочного сока.

КОЛИТ. За сезон огурцов можно полностью избавиться от колита. Надо только ежедневно натощак съедать по 100 г мелко натёртого огурца. После этого 30–40 минут не пить и не есть.

Лечебными свойствами обладают семечки огурца: они прекрасно чистят стенки кровеносных сосудов изнутри и выводят лишний холестерин. Это очень важное свойство огурцов. Для профилактики атеросклероза это самый доступный метод лечения.

Ещё со времён Тиберия известно, что семена огурцов и сами молодые огурчики снимают повышенную половую возбудимость. Это хорошо знали монахи, выращивая в монастырских огородах и парниках большое количество огурцов. И одним из важных источников дохода монастырей была продажа «муки из сухих семечек перезрелых огурцов».

С. И. Ильина, известный украинский специалист в области лечебной диетологии, подметила ещё одно качество огурцов: «Есть в огурце что-то таинствен но-загадочное, что ни калориями, ни витаминами не измеришь. Как иначе объяснить известное ещё в глубокой древности, используемое и поныне свойство огуречного сока — целительно-оздоравливающее и омолаживающее увядающую кожу лица, рук. А если он также действует на эпителиальные клетки, которые защищают от всего вредного? По-видимому, в нём содержатся неведомые ещё для нас вещества и так необходимые для клеток внутренних органов».

Действительно, огурчики идут не только к нам на стол, а находят лечебное применение, и не только в косметике для увядающей кожи, но и при очень серьёзных болезнях, о чём свидетельствуют оригинальные, причём эффективно действующие рецепты.

ТРОФИЧЕСКАЯ ЯЗВА. Из перезрелых огурцов выбрать семена, высушить. 100 г семян (если не на чём взвесить, взять 5–6 столовых ложек) желательно истолочь и залить 1 стаканом водки. Настаивать 10 дней. Делать ежедневные примочки. Не сразу, но через месяц-два язва обычно затягивается.

ПАРАЛИЧ. Огуречные плети порезать на мелкие куски и поместить в банку по самые плечики, доверху залить водкой, чтобы покрыть полностью. Одну неделю настаивать, выставив на солнце, и ещё одну неделю в полной темноте (в шкафу).

Процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день. Если нельзя спиртного, то вместо водки можно залить настоем зелёного чая, но принимать тогда по 1–2 стакана 3 раза в день. Хлопот в этом случае будет больше, потому что такой настой долго не хранится.

МАТОЧНОЕ КРОВОТЕЧЕНИЕ. Осенью огуречные плети отмыть от грязи и пыли, нарезать на мелкие куски. 50— 100 г травы залить 0,5 л воды, кипятить 15–20 минут, настаивать 1 час. Принимать по полстакана 3 раза в день. В первые же сутки-двое кровотечение останавливается, наступает улучшение.

ГЕМОРРОИДАЛЬНОЕ КРОВОТЕЧЕНИЕ. Воспользуйтесь этим же рецептом.

ТЕМПЕРАТУРА. Чтобы сбить высокую температуру, надо дать больному выпить стакан огуречного сока, можно также сделать обтирание соком и сразу уложить в постель.

КАШЕЛЬ. Если замучил непрестанный кашель, пейте по 2 столовые ложки огуречного сока, можно вместе с мёдом, 2–3 раза в день. Кашель утихает быстро, но при серьёзных воспалительных заболеваниях надо принимать несколько дней.

МАЛЯРИЯ. Имейте в запасе засушенные цветы огурца. 1 столовую ложку измельчённых цветков залить стаканом кипятка, варить 2–3 минуты, настоять 1 час, процедить. Пить по 1/3 стакана в течение дня. И малярия отступит.

ОПУХОЛЬ СЕЛЕЗЁНКИ, ПОЧЕЧНЫЕ КОЛИКИ, БОЛЕЗНЕННОЕ МОЧЕИСПУСКАНИЕ. Приготовить порошок из семян перезрелого огурца. Принимать от половины до полной чайной ложки 3 раза в день, запивая водой.

ЖЕЛТУХА (и другие заболевания печени). Порезать 50 г огуречных плетей, залить 0,5 л воды, кипятить 5 минут, настоять 1 час. Пить по полстакана 3 раза вдень. Вместо плетей можно использовать зеленцы (мелкие незрелые огурчики).

ТУБЕРКУЛЁЗ. Ежедневно принимать по 2–3 столовые ложки сока, можно с мёдом, в день 2–3 раза. Довольно эффективное средство. Действует жаропонижающе.

Все это только небольшая часть из рекомендуемых и испытанных в народе рецептов. Я остановился лишь на самых серьёзных, оставляя в стороне такие, как пародонтоз, покраснение век, гипотонию, плохой рост волос — вплоть до укуса собаки. Молодец огурец, не только для закуски он пригоден. Но и противопоказаний у него хватает с избытком.

* * *

От огурцов следует отказаться при желудочно-кишечных расстройствах. Это всем известно. Приходится воздержаться при обострении язвенной болезни желудка, при разыгравшемся гастрите, энтеритах и острых колитах.

Во избежание диспепсических явлений после огурцов нельзя пить холодную, а также газированную воду или лимонад, а людям со слабым желудком — молоко.

Кормящим матерям советуют осмотрительно относиться к огурцам, так как многие биологически активные вещества из их состава переходят в грудное молоко и могут вызвать у ребёнка понос, урчание и спастические боли в животе. В этих случаях необходимо дать ребёнку укропную воду.

Огурцы противопоказаны при острых и хронических нефритах, хронической почечной недостаточности, почечно-каменной болезни. Не рекомендуются огурцы при тучности, ожирении. От них следует отказаться при гепатите, холецистите, дискинезии желчных ходов.

Диетологи не рекомендуют в салаты с огурцами добавлять помидоры, так как при этом резко снижается ценность огурцов. А о солёных огурцах трудно сказать, когда они полезны. Почти всегда приносят только вред. К огурцам, солёным и маринованным, следует отнестись с осторожностью при заболеваниях печени, атеросклерозе, гипертонии, нарушении водно-солевого обмена. Противопоказаны они при сниженной функции щитовидной железы, заболеваниях почек и в период беременности.

Из почечных заболеваний имеются в виду противопоказания к свежим огурцам при нефрите с щелочной реакцией мочи, а к солёным — при нефрите и пиелонефрите.

Огуречная трава — бурачник лекарственный

Сохранились сведения, что древние римляне применяли листья и цветки этого растения для поднятия духа, увеличения храбрости у своих воинов. Учёный-натуралист Плиний Старший называл огуречную траву «растением, отгоняющим печаль и скуку». В Древнем Риме её использовали как лёгкое мочегонное, потогонное средство в виде настоя (цветки, стебли, листья). Настой употреблялся как слабительное, при функциональных расстройствах нервной системы, в том числе при неврозах сердца, ревматических, подагрических и других болях в мышцах и суставах. Европейцы и сейчас называют огуречную траву «радостью сердца», «весельем», «сердечным цветком», применяя при неврозах сердца. Ею и сейчас пользуется известная швейцарская фирма, выпускающая разные соки лекарственных растений.

Растение сорное, но огуречную траву часто культивируют как салатное растение не только из-за нежного огуречного запаха, но и в лечебных целях. Даже в виде приправы огуречная трава и её сок во время цветения повышают работоспособность, снимают депрессивные состояния, ипохондрии и меланхолии, приносят облегчение при сердечной слабости нервного характера. Кроме того, салат из свежих листьев очищает кровь, предохраняет кишечник и почки от воспалительных процессов, полезен при плеврите, кардионеврозе и даже при некоторых кожных заболеваниях.

Обычный рецепт: 1 столовую ложку травы или 1 чайную ложку цветов залить стаканом кипятка. Настаивать до остывания. Пить по четверти стакана 4 раза в день через полчаса после еды. Можно добавить мёд или сахар.

* * *

Из противопоказаний: длительное применение огуречной травы ухудшает работу печени. Лучше всего использовать огуречную траву в сборах и не более месяца.

Одуванчик лекарственный

Вот уж чем никого не удивишь — так это одуванчиком. Всюду он: на полях и лугах, в сёлах и городах. Даже на дороге отыскал крохотную трещинку в асфальте и вылез оттуда — чуть кривобокий, стебель покороче, чем у других одуванчиков, но цветок такой же жизнерадостный, солнечно-жёлтый. Всем своим видом показывает, каким нужно быть живучим, уметь преодолевать любые неудобства и невзгоды. А может быть природа специально создала его в назидание нам? И в помощь нам, наделив ценными целебными свойствами — в дальние дали ездить за ним не надо (только в черте города не бери и на обочинах дорог), найди чистую лужайку как можно дальше от жилья и заготавливай себе впрок необходимые лекарства. Только запомнить надо несколько правил. Если хотите засушить листья или отжать из них сок, то лучше всего делать это ранней весной, до начала цветения в это время они самые целебные. Пользоваться одуванчиком можно и позже, весь май и первую половину июня. В июле и до конца лета растение значительно утрачивает прежние целебные качества.

Кстати, одуванчик не уступает майской крапиве в способности выводить из организма вредные шлаки. И вообще он относится к тем растениям, которые лучше использовать в сыром виде. Много полезных сведений об одуванчике я дал в книге «Одолень-трава», поэтому повторяться нет ни желания, ни необходимости. А вот новые рецепты, тем более малоизвестные, думаю, пойдут на пользу больным.

Прежде всего несколько слов о соке из травы одуванчика. Если другие соки растений я консервирую равным количеством водки, то с одуванчиком поступаю иначе: на 700 мл сока добавляю 150 мл водки. Ставлю в прохладное место. Через некоторое время сок чуть подкиснет, но бояться этого не надо. Молочная кислота, образовавшаяся во время слабой ферментации, повышает качество сока. Он хорошо влияет на процесс пищеварения и тормозит гнилостные процессы в пищеводе, а также является антираковым средством.

РАК ЖЕЛУДКА. Смешать поровну сок из листьев одуванчика, майской крапивы, тысячелистника и подорожника. Принимать по 1 столовой ложке через час после еды 3–4 раза в день. Курс 1 месяц, но можно продлить и до 2 месяцев, затем на месяц перерыв. (Обычно в комплексе с другими средствами, подобранными против рака желудка.)

РАК ПЕЧЕНИ. Смешать поровну мелко порезанные листья и корни. 1 чайную ложку смеси залить 1 стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать по 50 мл 4 раза в день за полчаса до еды.

ЗЛОКАЧЕСТВЕННАЯ АНЕМИЯ. Она довольно часто проявляется при онкозаболеваниях, и приходится с ней бороться, когда, бывает, врачи не справляются с ней. Здесь сок одуванчика одно из незаменимых средств. Курс лечения проводится в два этапа в течение 12 недель, весной и осенью. Весной шесть недель следует выпивать по полстакана сока, разведённого чаем из крапивы, 3 раза в день за полчаса до еды (целое растение с корнем тщательно вымыть, дать просохнуть, пропустить через мясорубку и выжать сок). Осенью с середины августа проделать то же самое на протяжении шести недель. Я говорю примерный срок — середину августа. Всё зависит от характера начала осени, когда массово происходит вторая вегетация одуванчика. Бывает, даже в начале октября, когда вся зелень вокруг вянет, одуванчик пышно цветёт. Может быть не так буйно, как весной, цветоносы росточком пониже, листья менее сочные, но всё-таки в них вполне хватает необходимых для кроветворения микроэлементов и фолиевой кислоты.

ВОСПАЛЕНИЕ ЛИМФАТИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗ. Корни одуванчика истереть в порошок и принимать по неполной чайной ложке 3–4 раза в день за 20 минут до еды. Корни одуванчика надо копать осенью, в октябре — именно тогда они наиболее целебны.

Лечение ведётся долго, до получения результата.

ДИАТЕЗ ЭКССУДАТИВНЫЙ. Залить стаканом кипятка 1 чайную ложку измельчённых корней, настоять 2 часа. Пить по четверти стакана 3–4 раза в день за полчаса до еды. Улучшает обмен веществ у детей.

ДЕФОРМИРУЮЩИЙ АРТРОЗ, АРТРИТ, ОСТЕОХОНДРОЗ. Горячей водой — 200 мл залить 10 г измельчённых корней (1 столовая ложка), поставить в кипящую водяную баню, парить 15 минут, 1 час настоять, процедить. Долить до прежнего объёма кипячёной воды. Принимать в тёплом виде по трети стакана 3–4 раза в день за полчаса до еды. (Корни способствуют восстановлению хрящевой ткани, растворению солей, восстанавливают подвижность суставов. Эффект лечения усилится, если больные суставы в этот лечебный период натирать настойкой ягод красной бузины.)

ПАНКРЕАТИТ, СПАСТИЧЕСКИЕ БОЛИ В ЖИВОТЕ. 1 столовую ложку смеси корней и листьев залить 2 стаканами (400 мл) холодной кипячёной воды, настоять 10–12 часов (лучше приготовить на ночь). Пить по 50 мл, то есть по четверти стакана, 4–6 раз перед едой. Примечание: это очень полезно для больной печени, почек, при аллергии, но может вызвать послабление стула. Бояться этого не надо, только предпринять дополнительные меры.

УГРОЗА ВЫКИДЫША. Пить настой корня одуванчика из расчёта 2 чайные ложки на стакан кипятка, настоять 2 часа. Пить глотками в течение дня или по четверти стакана 3–4 раза в день до еды.

В одном из рецептов я уже предупредил, что одуванчик может вызвать послабление стула (в основном, за счёт усиления отделения желчи). Поэтому траву и корни растения не применяют при желудочно-кишечных расстройствах. Нежелательно принимать препараты одуванчика при выраженной гипотонической дискинезии желчного пузыря, так как избыточное поступление желчи в лишённый сократительной способности пузырь будет способствовать его растяжению и усилению болей. Нежелательно использовать одуванчик при аллергических дерматитах. Аллергическую реакцию могут вызвать цветы одуванчика, их пыльца. При симптомах гриппа лечение одуванчиком необходимо прекратить.

Окопник лекарственный

У каждого травника имеются растения, к которым он относится с особенной симпатией. Я не могу оставаться равнодушным к окопнику. В литературе по траволечению он упоминается редко. Возможно потому, что в медицинской практике, в отличие от других даже малоизвестных растений, окопник находит чрезвычайно ограниченное применение, практически равное нулю.

В народной медицине его признают и уважают, особенно при костных заболеваниях, переломах, ушибах, вывихах, при болезненных ампутированных конечностях. Лечат и многие другие заболевания, такие как язва желудка и двенадцатиперстной кишки, начальная стадия туберкулёза, тромбофлебит, костный туберкулёз, саркома, рак, а также разные опухоли, затвердевание молочной железы у кормящей матери, труднозаживающие раны, фурункулы, изъязвления в полости рта, пародонтоз, ангину, радикулит и ишиас.

Впрочем, имеются и научные данные о положительном клиническом эффекте от использования мази с корнем окопника при кольцевидной гранулёме, васкулитах, склеродермии очаговой и гемиатрофии Роумберга, трофических язвах. (Кольцевидная гранулёма — хроническое кожное заболевание, причины которого неизвестны, и которое почти не поддаётся лечению. Пока что не найдено какого-либо специального лечения склеродермии. Это касается и других названных болезней.)

Мне окопник помогал в комплексном лечении саркомы, рака, особенно при метастазировании раковых клеток в кость. Применял я его и при остеомиелите, переломах костей.

Нелегко добывать этот с виду чёрный, на изломе сахарно-белый корень, не легче и работать с ним или сушить. Но приходится лезть в болотину, выкапывая уходящие глубоко в землю скользкие змеевидные корни, отмывать их от грязи в соседнем озере, проклиная беспрерывный дождь со снегом — обычно именно на эту пору приходится охота за окопником, ведь корни надо брать лишь после увядания зелёных стеблей.

Экспериментально (при опытах на животных) установлено, что содержащийся в окопнике алкалоид аллантоин обладает ранозаживляющим, противовоспалительным, противоопухолевым действием. Но нельзя забывать, что алкалоидициноглоссин и глюкоалкалоид консолидин оказывают парализирукяцее действие на центральную нервную систему. Из-за них и ещё некоторых веществ окопник является довольно-таки ядовитым растением.

Корни окопника не терпят кипячения — от этого разрушаются самые целебные элементы. Поэтому с подозрением я отношусь к таким рецептам, как от бронхита, гастрита, язвенного колита: 1 столовая ложка корня на 0,5 л воды, варить 5 минут, настоять 1 час. Принимать по 100 мл 4 раза в день. А при ангине вообще рекомендуют варить 10 минут. Поэтому я остановлюсь лишь на самых надёжных прописях.

АДЕНОМА ПРОСТАТЫ. 2 чайные ложки корней залить 2 стаканами кипятка (не кипятить), настоять 1 час. Принимать по полстакана 3–4 раза в день.

РАК МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. Свежие корни провернуть через мясорубку и на тряпочке прикладывать к опухоли. Делать 1 раз в сутки, затем менять.

САРКОМА, ТРОМБОФЛЕБИТ, СИЛЬНЫЕ УШИБЫ. Втирать или прикладывать мазь из свежего или сухого распаренного корня,смешанного со свиным жиром.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ. 40 г корня залить 1 л горячего молока, настаивать в тепле всю ночь. Пить по 1 стакану 3 раза в день.

ПЕРЕЛОМ КОСТИ. Прикладывать компрессы из свежего корня окопника. Зимой сушёный корень истереть в порошок (растирается легко) и смешать для основы со свиным салом.

РАК РАЗНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Я пользуюсь часто таким своим рецептом: 1 чайную ложку истолчённого корня на ночь залить стаканом холодной кипячёной воды. Настоять 8 часов. Этот настой слить в другую посуду, а корни залить 1 стаканом кипятка. Настоять 1 час, процедить. Соединить оба настоя. Принимать по полстакана 3–4 раза в день до еды либо через 2 часа после еды. Если надо ограничить жидкость, то 1 чайную ложку корня заливаю 100 мл холодной воды, а утром — 100 мл кипятка. В этом случае принимать по 50 мл 3–4 раза в день. А распаренные корни можно прикладывать на опухоль или поражённую кость. Использую я это средство только в комплексном лечении.

* * *

Я уже говорил, что окопник ядовит. Мне не приходилось сталкиваться со случаями отравления, но если это вдруг произошло, то необходимо промыть желудок слабым раствором марганцовки, принять солевое слабительное и лекарства, поддерживающие дыхание и кровообращение.

Должен сказать, что решением Всемирной организации здравоохранения окопник запрещён для внутреннего применения во всех формах, кроме гомеопатии. Установлено, что содержащиеся в нём пиролизидиновые алкалоиды могут вызвать капиллярные кровоизлияния в печени (даже со смертельным исходом). В других источниках перепуганные медики высказывали мнение, что окопник противопоказан при раке. На мой взгляд, возможно, он действительно нежелателен при плоскоклеточных формах рака, но при слизистых и других десятках видов злокачественных опухолей он давал неплохие результаты. В ряде случаев окопник, вкупе с другими противоопухолевыми растениями, помог мне справиться с метастазами в рёбра и позвоночник при раке молочной железы, лёгких и других внутренних органов, а также с саркомой.

Окопник снижает кровяное давление, что следует учесть при гипотонии. Он усиливает сокращение мускулатуры матки, поэтому противопоказан при беременности.

Олеандр обыкновенный

Из побережья Средиземного моря он добрался до нас, в среднюю полосу России, в качестве комнатного растения. У него душистые, махровые, крупные розовые цветы, запомнившиеся мне своей красотой ещё в раннем детстве. Как начнут цвести — душистым ароматом наполняется комната. Как и все малыши, я хотел не только понюхать, но и пожевать такой заманчивый цветок — вдруг и вкус у него необыкновенный. «Нельзя, — сказала мне мама. — Он очень ядовитый». Мамины слова — закон. Они запомнились мне на всю жизнь.

Медициной признано, что олеандр — эффективное кардиотоническое средство. Его действие сравнимо с наперстянкой, но в отличие от него гликозиды олеандра действуют быстрее и мягче, быстрее выводятся из организма. Олеандр назначают при аритмии с ускоренным сердцебиением, при сердечной недостаточности и стенокардии, при застойных явлениях в малом круге кровообращения, при пороке митрального клапана с мерцательной аритмией. Используют в микродозах порошок из листьев или спиртовую настойку. Средняя доза исчисляется тысячными долями грамма, и в домашних условиях использование олеандра практически невыполнимо. Поэтому всякая самодеятельность чревата опасными последствиями.

Тем не менее в народной медицине при умелом пользовании настой листьев олеандра пьют при нервном истощении, головных болях, эпилепсии, судорогах, апоплексии, бессоннице. Наружно делают примочки при мокнущей экземе, лишае и других кожных заболеваниях, полощут рот при зубной боли.

* * *

Порошок из листьев не оказывает лечебного эффекта при хронических нефритах, гипертонии, кардиосклерозе, протекавших с декомпенсацией сердца.

Ольха клейкая (чёрная)

В сырых заболоченных местах, по берегам ручьёв и речек они обычно растут вперемежку, ольха серая и ольха чёрная. У серой ольхи кора светлая, гладкая, а у чёрной тёмно-бурая, с трещинами. Впрочем иногда только по коре различить их бывает трудно. Смотришь на листья. У серой они с острым кончиком, а у чёрной ольхи листья тупые, с небольшой выемкой. Весной, сразу после распускания почек, нежные листочки чёрной ольхи клейкие, липнут к рукам. Это самое лучшее время для их сбора. Расстелешь на молодой травке скатерть или чистую простыню, раскладываешь на ней собранные листья тонким слоем. В кучу нельзя — моментально начинают греться, чего ни в коем случае допускать нельзя. И когда домой везёшь, то постоянно ворошишь их, иначе через два-три часа пути «сгорят», домой привезёшь горячую бурую кашу — такая мощная энергия скрыта в этих маленьких липких листочках.

Без листьев чёрной ольхи я не мыслю лечение многих видов рака. Не знаю почему, но многие авторы книг про лекарственные растения чёрную ольху обходят стороной, больше говорят о серой, да и то, в основном, про ольховые шишки, иногда про листья и кору. Лишь в трудах доктора медицинских наук Л. В. Пастушенкова я нашёл такие строки: «Отвар листьев ольхи (чёрной)рекомендуют как лёгкое слабительное, потогонное и противокашлевое средство, используют при ревматизме и подагре, раке молочной железы, выходной части желудка, поджелудочной железы, двенадцатиперстной кишки, пищевода, прямой кишки, горла и матки». И все, без какого-либо комментария или рецепта. В одном ряду со слабительным или противокашлевым средством.

Настой листьев и настойку почек чёрной ольхи я часто включал в противоопухолевые комплексы и наблюдал положительные результаты, особенно при раке поджелудочной железы и раке прямой кишки, отчасти при раке пищевода.

РАК РАЗНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. 1 столовую ложку измельчённых листьев залить 1 стаканом кипятка и настоять 4 часа, или греть на водяной бане 30 минут, после остывания процедить. Принимать по 1/3 стакана 3 раза в день незадолго до еды. Можно усилить настойкой почек чёрной ольхи. Настойка готовится из 5 столовых ложек почек на 0,5 л водки. Настаивать не меньше месяца. Принимать по 30 капель 3 раза в день до еды, лучше всего вливая в принимаемую порцию настоя листьев, либо в настое другого назначенного растения.

* * *

Каких-либо противопоказаний (или жалоб со стороны больных) не наблюдалось. Возможно, потому, что препараты принимались в содружестве с другими растениями, смягчающими или, наоборот, усиливающими действие химического состава препаратов чёрной ольхи.

Омежник водяной

Собирая водные растения, иногда прихватишь заодно несколько горстей семян омежника. Растение это довольно высокое, приметное тем, что внешне напоминает воздушными и тонко рассечёнными (как у моркови) листьями, дудчатым стеблем, растущим зачастую из воды, и зонтиками мелких белых цветков ядовитый вех или цикуту. Впрочем и сам омежник ядовит, особенно корни (растение содержит ядовитое смолоподобное вещество энантоксин, по действию близкое к цикутотоксину).

Настойка из плодиков или сами семена, истёртые в порошок, хорошо помогают при заболеваниях дыхательных путей и лёгких с обильным выделением мокроты — при бронхитах, астме, туберкулёзе, пневмониях, респираторных инфекциях. Омежник успокаивает боли в желудке и кишечнике, полезен при метеоризме.

При указанных заболеваниях внутрь принимают по 1–2 г порошка с мёдом — это за весь день небольшими порциями.

Настой готовится из 5 г семян на 0,5 л кипятка, выстоять 1 час, процедить. Принимать по 1/3 стакана 3 раза в день. В острый период болезни доза увеличивается: по полстакана настоя до 6 раз в день.

* * *

Противопоказан омежник при воспалении почек, печени. Содержащиеся в плодах эфирные масла могут раздражать поджелудочную железу.

Омела белая

Шаровидный кустарничек, поселяющийся на ветвях различных лиственных деревьев, реже на хвойных, высоко наверху, просто так до него не дотянуться. Висит такой вечнозелёный шар на макушке дуба или тополя, разветвлениями корней проникая под кору и древесину дерева-хозяина, образуя многочисленные присоски, и высасывает из хозяина соки. Короче говоря, паразит. А ведь любят его, паразита, на Украине, в Крыму, Беларуси. Растение ядовито, тем не менее пользуется в народе широкой популярностью при лечении всяческих болезней. Применяется внутрь в виде настоек и отваров при эпилепсии, ипохондрии, истерии и как противосудорожное средство.

Водный настой веток с листьями и ягодами улучшает работу кишечника, останавливает кровотечения, успокаивает нервную систему, снимает головные боли. Омелу назначают при повышенной функции щитовидной железы, атеросклерозе, злокачественных образованиях. Свежий сок применяют при выпадении прямой кишки. Чай из омелы пьют, чтобы поднять жизненный тонус.

Обычно используют омелу, взятую с берёз. Отвар омелы с граба, дуба и сосны пьют при болезнях сердца, нервных заболеваниях, туберкулёзе лёгких, астме, ревматизме, иногда при раке.

Меньше всего ценится омела, снятая с яблони или груши. Мне привозили грушевую омелу и, признаться честно, применения ей я не нашёл. Видимо, сработал принцип — иметь дело только с теми растениями, которые сам собрал. К тому же кто может поручиться, что эта омела никогда не слышала о Чернобыле?

* * *

Я не стал приводить известные мне рецепты только потому, что если человек захочет лечиться омелой, то прежде всего поинтересуется, как и от чего ему готовить отвар или настой.

А противопоказания у омелы имеются. Нельзя принимать её препараты при низком давлении, астении. Не окажет она помощь при пониженной функции щитовидной железы.

Омела противопоказана при беременности.

Ортилия-рамишия однобокая

Было время, когда боровую матку — так называют в народе рамишию — привозили с Алтая. Даже в те, советские времена, она дорого ценилась. Когда Советский Союз рухнул, началась политическая игра в суверенитеты. Алтай ввёл запрет на вывоз редких и ценных растений, приравнивая к контрабанде и накладывая солидные штрафы. Период этот, к счастью, был непродолжительным, но как обойтись без боровой матки год или два? И позже, когда стало дозволительно вывозить, кто бы стал заниматься этим, если стоимость проезда в те благодатные места превратила бы в золото каждый цветок?

И надо же быть тому — оказалось, что рамишия однобокая растёт и у нас, в Башкортостане. Правда, в очень редких местах, и знали об этом единицы.

Боровая матка ценится как эффективное средство для лечения гинекологических заболеваний воспалительного характера. Её применяют при фибромах матки с обильным кровотечением, эрозии шейки матки, инфантилизме, нарушениях менструального цикла, токсикозе беременности. Хорошо помогает при бесплодии. Рамишию я неоднократно включал в лечебные комплексы при раке женских половых органов.

Кроме того, рамишия используется как мочегонное при циститах и заболеваниях почек (нефриты, пиелонефриты). Кстати, это не только женская трава. Боровой маткой лечат простатит. И если не пожалеть столь ценное сырьё, то можно лечить и геморрой.

ФИБРОМА МАТКИ. 1 столовая ложка травы на 1 стакан кипятка, кипятить на слабом огне 5 минут, 1 час настоять. Пить по 2–3 столовые ложки 3 раза в день до еды. Таким же отваром можно спринцеваться при эрозии шейки матки.

ВОСПАЛЕНИЕ ТРУБ. При воспалении труб, сопровождающихся спаечным процессом, принимать по 30–40 капель настойки 3–4 раза в день. Для настойки треть банки заполнить травой, доверху залить водкой, настоять 4–5 недель. Курс лечения от 2–3 недель до нескольких месяцев — это зависит от продолжительности и тяжести заболевания. Так, если воспалительный процесс труб длится более года, то на каждый год болезни надо принять 200–250 мл настойки из расчёта на ежедневные 3–5 мл. В первые 1–2 месяца я присоединяю настой травы грушанки, хотя бы 1 чайную ложку на стакан кипятка, настоять 2 часа, принимать по 1/3 стакана, капая туда 30–40 капель настойки рамишии.

БЕСПЛОДИЕ. Рецепт тот же самый — по 30–40 капель настойки 3 раза в день до еды. Можно вместе с настоем грушанки.

П0ЛИКИСТО3 ЯИЧНИКОВ. Принимать настойку боровой матки по 30–40 капель 3 раза в день за полчаса-час до еды.

ТОКСИКОЗ БЕРЕМЕННОСТИ. Принимать по 30 капель настойки на ложке воды за полчаса до еды.

* * *

Рамишия однобокая — растение не токсичное, однако нежелательно применять длительно при атонии кишечника, повышенной вязкости крови, или надо предпринять контрмеры, заставляющие улучшить перистальтику кишечника, улучшить формулу крови.

Осина обыкновенная

Она живёт в среднем столько же, сколько человек — 60–80 лет, редко достигая столетнего возраста. И болеет так же часто, как и человек. Удивительное совпадение. Отличие разве только в том, что человек равнодушен, безразличен к её судьбе, а осина верой-правдой служит человеку. Я уж не говорю о том, что самая чистая вода бывает в колодце с осиновым срубом. Не стану перечислять те материальные блага, которые даёт осина для промышленности и личного быта человека. Остановлюсь на целебных свойствах, поддерживающих, а порою и спасающих человеческую жизнь. Я уже упоминал о том, как отварами тонкой коры с молодых веточек осины я успешно излечивал гиперплазию и рак предстательной железы. Не только я, но и народная медицина многих стран издавна пользуется осиной как лечебным средством. Не стану перечислять все, остановлюсь лишь на некоторых моментах.

Настой или отвар осиновых почек изгоняет застарелую простуду, приносит облегчение при лихорадке, пневмонии и туберкулёзе лёгких. Отварами почек лечат цистит и другие заболевания мочевого пузыря, почек, недержание мочи в пожилом возрасте. Спиртовая настойка из внутренней коры молодых ветвей лечит нейроревматизм (хорею). Припарки из молодых листьев осины используют при артралгии, межрёберной невралгии — они уверенно снимают боль. Порошок коры заваривают как чай и пьют при колите. Из почек осины готовят настойку: заполнить ими половину банки (любой — в зависимости от потребности), доверху залить водкой. Настаивать в тёмном месте — я настаиваю не меньше месяца. Ежедневно надо встряхивать.

НЕДЕРЖАНИЕ МОЧИ У СТАРИКОВ, ПОДАГРА, РЕВМАТИЗМ. Принимать по 25–30 капель настойки 3 раза в день на рюмке воды.

МИГРЕНЬ. Хорошо помогает такая же настойка, если принимать по 1 чайной ложке 3 раза в день за час до еды, на воде или запивая водой.

МАСТОПАТИЯ. 600 г коры осины залить 2 л воды, довести до кипения и на слабом огне варить 2 часа. Настоять до охлаждения, процедить. Влить в отвар 0,5 л водки. Полученную смесь разделить на 20 частей-порций. Пить 20 дней подряд за полчаса до еды.

НЕФРИТ. Готовить отвар из расчёта 1 столовая ложка смеси веточек, листьев и коры на 1 стакан воды. Кипятить 10 минут. Принимать по полстакана 3–5 раз в день. Через 3–4 недели сделать перерыв на 10 дней и при необходимости курс повторить.

ВОСПАЛЕНИЕ ПРИДАТКОВ. Сжечь осиновые поленья, просеять полученную золу. Настой готовить из 4 столовых ложек золы на 1 л кипятка, настаивать 10 дней, процедить. Принимать по 8 чайных ложек 3 раза в день через час после еды. Курс 11 дней, затем 22 дня перерыв, и снова повторить курс в 11 дней. В это время не есть пряного, солёного, острого. Лечение даёт хорошие результаты. Кстати, точно так же лечатся колиты, воспаление мочеточников.

ПАНКРЕАТИТ. В 0,5 л холодной воды кладут 3 столовые ложки коры, доводят до кипения и варят 10 минут. Настаивать до охлаждения, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 4 раза в день до еды.

ДИАБЕТ. Такое же приготовление и применение, как при панкреатите.

ГИПЕРТРОФИЯ ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ, ХРОНИЧЕСКОЕ ВОСПАЛЕНИЕ МОЧЕВОГО ПУЗЫРЯ, БОЛЕЗНЕННОЕ МОЧЕИСПУСКАНИЕ. Берут 100 г коры или почек на 1 л водки. Настаивают 2 недели (как минимум). Принимают по 1 столовой ложке 3 раза в день до еды. Курс лечения 1–2 месяца.

РАК ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. Используется кора молодых ветвей из расчёта 1 столовая ложка на 1 стакан кипятка. Кипятить на слабом огне 5 минут или парить на водяной бане 30 минут. Принимать по четверти стакана 3–4 раза в день до еды. (Я нахожу, что и здесь требуется комплекс с использованием болиголова, сока дурнишника, настойки грушанки и других вспомогательных средств. Один месяц использую кору осины, другой месяц кору или лист лещины, затем снова возвращаюсь к осине.)

* * *

Препараты осины переносятся легко. Не надо лишь забывать о том, что отвары почек обладают вяжущим действием и не следует назначать их при застарелых кишечных болезнях с упорными запорами. Необходимо проявить осторожность и предпринять необходимые меры при дисбактериозе.

Ослинник двулетний

Растение сорное, часто встречаемое на пустырях, по обочинам дорог, по оврагам и берегам рек, на выгонах. Его химический состав не изучен. Мало кто обращает внимание на него как на лечебную траву. Пользуются им, в основном, только знатоки-травники. И с успехом: настойкой травы на водке, назначаемой каплями, можно остановить даже изнурительные детские поносы, когда другие средства бессильны. Лечат ослинником хроническое истощение. Отвар травы стимулирует работу желудка, печени и селезёнки. Отвар корней назначают при туберкулёзе лёгких, а отвар соцветий — при нефрите.

ИСТОЩЕНИЕ, ХУДОБА. 3 столовые ложки высушенной травы ослинника на 0,5 л сырой воды, довести до кипения и варить 3–4 минуты, настаивать 1 час, процедить. Принимать по трети стакана 3–4 раза в день до еды.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ. Здесь потребуются сушёные корни ослинника. 1 столовую ложку измельчённых корней кладут в стакан воды, варят на слабом огне 5–6 минут, настаивают 2 часа. После процеживания принимают по 1–2 столовые ложки 3–4 раза в день до еды.

ЭКЗЕМА. 2 столовые ложки смеси сухих измельчённых листьев и соцветий ослинника залить 0,5 л кипятка, закрыть крышкой и настоять 2–3 часа. Принимать по четверти стакана 3–4 раза в день. Значительно облегчает состояние, экзема идёт на убыль.

* * *

Конкретных противопоказаний пока не выявлено, но я бы не советовал применять ослинник при атонии кишечника, геморрое.

Осока песчаная

В лечебной практике разных стран используются корневища с корнями. Отвары дают пить при бронхитах с сильным кашлем, пневмонии, туберкулёзе лёгких, бронхиальной астме. Эффективны они при хронических колитах, сопровождающихся хроническими запорами и метеоризмом. Корни осоки песчаной применяют и при разнообразных кожных заболеваниях: васкулитах, нейродермите, экземе, псориазе, красном плоском лишае, фурункулёзе.

БРОНХИТ, АСТМА. 2, 5–3 столовые ложки измельчённых корневищ осоки на 3,5 л воды. Довести до кипения и на слабом огне упарить, пока не останется около двух стаканов жидкости. Настоять 2 часа, процедить. Принимать по четверти стакана 3 раза в день до еды.

РЕВМАТИЗМ, ПОДАГРА. Можно воспользоваться приведённым выше рецептом. Но чаще всего в народе 1 столовую ложку измельчённых корней заливают 0,5 л кипятка, настаивают 2 часа и пьют по полстакана 4 раза в день.

* * *

Противопоказаниями могут послужить диарея, язвенная болезнь желудка и гастрит в стадии обострения.

Очанка лекарственная

В народной медицине пользуется большой популярностью, особенно при заболеваниях глаз. Хорошо помогает и при нарушении памяти. Очанка находит применение при респираторных заболеваниях, бронхопневмонии, ангине, бронхиальной астме, гриппе. Ею пользуются при заболеваниях печени, гепатите, гастроэнтерите, колите, гипертонической болезни.

ГЛАУКОМА. 1–2 чайные ложки травы очанки на четверть стакана холодной воды, довести до кипения и 2 минуты настоять. При остывании закапывать в уголки глаз или делать тёплые компрессы с настоем на глаза по полтора часа. Кроме того, полезно принимать внутрь по 3 столовые ложки 3 раза в день за полчаса до еды. Если в отвар добавить несколько кристалликов соли, по солёности он приближается к слезам, это хорошо для промывания глаз.

КОНЪЮНКТИВИТ, ЯЧМЕНЬ. Взять 3 чайные ложки травы очанки на 2 стакана холод ной воды, довести до кипения и варить на слабом огне 10 минут. Использовать в виде тёплых ванночек к глазам (после настаивания в течение 1 часа). В тибетской медицине очанка считается одним из лучших средств при конъюнктивите.

СТЕНОКАРДИЯ. Если у вас больное сердце, стенокардия, да к тому же больные глаза — приготовьте настой из 2 столовых ложек очанки на 2 стакана кипятка, настоять 2 часа, процедить. Пить по полстакана 4 раза в день — это поможет и сердцу, и при глазных заболеваниях. Наружно использовать настой для промывания глаз.

ДИАТЕЗ, ДЕТСКИЕ ЭКЗЕМЫ, ТУБЕРКУЛЁЗ КОЖИ У ДЕТЕЙ. Готовят настой из расчёта 1 столовая ложка травы на 2 стакана кипятка, настоять 2 часа, процедить. Маленьким детям 3-5-летнего возраста дают по столовой ложке 3–4 раза в день, в 10 лет — по 50 мл так же 3–4 раза в день, старше — от 1/3 до 1/2 стакана.

БРОНХИТ (с трудно отделяемой мокротой), ВОСПАЛЕНИЕ ГОЛОСОВЫХ СВЯЗОК, ВОСПАЛЕНИЕ СЛИЗИСТОЙ ЖЕЛУДКА И ТОЛСТОЙ КИШКИ. Точно такой же настой принимать по полстакана 4 раза в день до выздоровления.

* * *

При назначении очанки необходимо учесть, что водный экстракт травы сужает кровеносные сосуды и повышает артериальное давление, позволяя применять при гипотонии, а спиртовая настойка, напротив, гипотоникам противопоказана — снижает давление. Очанку нежелательно принимать внутрь при пониженной кислотности желудочного сока.

Очиток большой

Важно не перепутать с другими видами очитков, так как они имеют разное назначение. Препараты очитка большого обычно назначают при хронической ишемической болезни сердца с частыми болевыми приступами, сердечной и лёгочной недостаточности, малокровии, хронических заболеваниях печени и желчного пузыря, желудочно-кишечных заболеваниях, дают как тонизирующее и общеукрепляющее средство ослабленным больным. Но чаще всего очиток большой используют наружно при переломах костей, трофических язвах, ожогах и как эффективное средство для выведения бородавок, мозолей.

ИШЕМИЧЕСКАЯ БОЛЕЗНЬ СЕРДЦА, СЕРДЕЧНАЯ И ЛЁГОЧНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ, НЕРВНЫЕ БОЛЕЗНИ. Свежее растение ошпарить кипятком, пропустить через мясорубку, отжать сок и разбавить его равным количеством воды. Дать покипеть 1–2 минуты. Принимать по 1 чайной ложке 3 раза в день во время еды. Для хранения сок разбавляют водкой один к одному, принимают по 30 капель так же 3 раза в день, после еды.

* * *

Очиток большой противопоказан при гипоцидных и анацидных гастритах, при любых раковых заболеваниях.

Очиток гибридный

Чаще всего используется в виде водного настоя при зобе и как тоник для центральной нервной системы. Обладает кровоостанавливающим действием при меноррагиях. У очитка гибридного к ценнейшим свойствам можно отнести то, что он тормозит развитие лейкоцитоза.

ЗОБ. 1 столовую ложку сухой измельчённой травы залить стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 3 раза в день.

МЕНОРРАГИЯ. Настой готовится так же. Принимать по 2 столовые ложки 3 раза в день, предпочтительно до еды.

* * *

Противопоказаниями могут послужить мочекислый диатез, подагра, а также склонность к резким подскокам давления.

Очиток едкий

Его обычно применяют внутрь при болезнях желудка, печени, сердца, диатезе и детской экземе. Наружно используют в виде припарок на опухоли при новообразованиях или примочек при заболеваниях кожи, сопровождающихся мучительным зудом. Соком травы смазывают пигментные пятна, гнойные язвы. Сок, отжатый из свежей травы, в отличие от сока очитка большого, ядовит и при соприкосновении с кожей вызывает воспалительные процессы и образование пузырей, так что пользоваться им надо с большой осторожностью.

ПРОКТИТ. 2 столовые ложки травы залить 1 стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать 3 раза в день незадолго до еды.

ЭПИЛЕПСИЯ. Высушенную траву очитка едкого растереть в порошок, просеять. Принимать порошок по 0,5 г (на кончике столового ножа, или размером с горошину) два раза в день, утром и вечером, в течение 3 месяцев.

Очиток едкий оказывает местное раздражающее действие, поэтому необходимо избегать приёма больших доз внутрь. Указанную дозировку можете скорректировать сами, разумеется, в меньшую сторону.

* * *

Очиток едкий противопоказан при гипертонии, беременности, повышенной нервной раздражительности.

Очиток пурпурный — заячья капуста

Уникальные лечебные свойства этого растения заслуживают высочайшей похвалы. И, разумеется, глубокого изучения и исследований, особенно к применению при злокачественных новообразованиях. Это один из биогенных стимуляторов, превышающих по биологической активности препараты алоэ, но без их противопоказаний. Его противоопухолевая активность намного превосходит болиголов и, в отличие от него, он абсолютно не токсичен. Очиток пурпурный входит в число сильнейших иммуностимулирующих средств, но действует на организм не в качестве кнута, а мягко, ласково, щадяще. Можно перечислить великое множество болезней, при которых желательно участие препаратов очитка пурпурного.

РАК ЛЮБОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Очиток пурпурный — не путать с другими видами очитков! — я уже давно использую при лечении злокачественных опухолей по своей рецептуре (к сожалению, нигде больше она не указывается, да и сами очитки часто путают, называя заячьей капустой то очиток большой, то очиток обыкновенный и т. д.). 1 столовая ложка без горки, почти вровень с краями, заваривается стаканом кипятка, настаивается 2 часа. Принимать по четверти стакана 3–4 раза в день. Заспиртованный сок назначается по 20 капель так же 3 раза в день. Лечение всегда ведётся в комплексе с другими противоопухолевыми и вспомогательными растениями.

Кроме того, настой травы полезен при туберкулёзе лёгких, пневмонии, сердечной недостаточности, эпилепсии и как тонизирующее средство при общей слабости, болезнях почек, нервных расстройствах.

* * *

Мне не приходилось обнаруживать какие-либо резкие побочные проявления даже при длительном применении этого очитка, разве что следует учесть, что он слегка повышает давление, а превышение дозировки способно вызвать кратковременное перевозбуждение, в редких случаях — головокружение и головную боль.

Очный цвет полевой

Не путать с очанкой лекарственной — иногда приходилось сталкиваться с тем, что травники на рынках очный цвет предлагали под видом очанки. В заблуждение вводит схожесть названий, хотя растения эти из разных семейств и лечебное предназначение у них разное. В народной медицине очный цвет, иногда называемый курослепом, используют при нефритах, гепатитах и других заболеваниях печени, желчного пузыря, при лёгочных заболеваниях, эпилепсии, депрессии, неврозах. Считается, что очный цвет обладает противоопухолевым действием. Лечат им и заболевания глаз: сок смешивают с мёдом и применяют при катаракте, начинающемся бельме.

* * *

Растение ядовитое и требует осторожности. Приём препаратов очного цвета внутрь противопоказан при беременности — действует абортивно. Нельзя принимать при бронхитах с сухим кашлем, при затруднённом отхаркивании мокроты.

Папоротник мужской

Популярен в народе как эффективное противогельминтное средство — перед ним не устоят широкий лентец, бычий цепень, карликовый цепень, другие ленточные глисты и даже солитёр. Кроме того, корнями папоротника мужского лечат ревматизм, икроножные судороги, геморрой, воспаление седалищного нерва, каплями принимают спиртовую настойку при сухом плеврите.

АДНЕКСИТ (воспаление яичников). Свежий или сухой лист папоротника измельчить, 1 столовую ложку залить 1 стаканом кипятка, настоять на кипящей водяной бане 15 минут, охладить 45 минут, процедить. Пить по четверти стакана 4 раза в день до еды. Курс лечения 2–3 недели. Желательно повторить его через месяц.

ОНКОЛОГИЯ. Выкопать весенний корень, пока ещё не поднялись листья. Вымыть, измельчить, на треть заполнить стеклянную посуду (не увлекаться, не больше трети!). Доверху залить хорошим коньяком. Настаивать 21 день, сразу процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день перед едой. Для профилактики достаточно 0,5 литра. Если лечение продолжить, то повторять не раньше, чем через месяц.

ВАРИКОЗНОЕ РАСШИРЕНИЕ ВЕН. Срезать верхнюю свежую часть корня, истолочь в кашицу. Смешать 1 столовую ложку кашицы со столовой ложкой кислого молока, нанести на расширенную вену и даже на варикозные язвы слоем толщиной 1 сантиметр, обмотать сверху 6–8 слоями марли и оставить на 5–6 часов.

* * *

Препараты папоротника мужского очень токсичны. Они противопоказаны при сердечной недостаточности, болезнях печени и почек, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, при острых желудочно-кишечных и лихорадочных заболеваниях, при беременности, резком истощении, малокровии и активном туберкулёзе. При наличии таких серьёзных противопоказаний лучше всего обратиться к другим лечебным средствам.

Паслён сладко-горький

Все части растения ядовиты. С лечебной целью используются листья, стебли, цветки, плоды. И находят они довольно широкое применение при разных заболеваниях: ангине, коклюше, гриппе, бронхиальной астме, туберкулёзе лёгких, отите, экссудативном диатезе, скрофулёзе, грибковых поражениях кожи, псориазе, дерматите, желтухе, асците, цистите, болезнях почек, гельминтозе, нервных болезнях, эпилепсии, заболеваниях суставов, вызванных нарушением обмена веществ, ревматизме, гингивите, стоматите, рожистых воспалениях, ранах, язвах, ожогах. Вот ведь какой длинный перечень получился. И это ещё не все. Я стараюсь не расходовать это растение на несложные болезни, где можно обойтись другими, даже более эффективными средствами, зато при злокачественных заболеваниях крови, при лейкозе иногда трудно бывает обойтись без сладко-горького паслёна. Порошок из высушенных стеблей даёт неплохие результаты и при лечении панкреатита.

Растение сильнодействующее, поэтому и дозировки его соответствующие.

ВОСПАЛЕНИЕ МИНДАЛЕВИДНЫХ ЖЕЛЕЗ, ВОСПАЛЕНИЕ СРЕДНЕГО УХА. На 2 стакана кипятка кладут 1 чайную ложку измельчённых стеблей с листьями и цветками. Настаивать 4 часа, процедить. Принимать по 1 столовой ложке отвара 3–4 раза в день до еды. Этот же настой полезен при гриппе, пневмонии, невралгиях. Курс — 2 недели.

ЛЕЙКОЗ, ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ КРОВИ. 1 чайная ложка измельчённого растения заваривается стаканом кипятка. На водяной бане парить 30 минут, через 10–15 минут процедить. Принимать настой по 1 чайной ложке 3–4 раза в день. Курс лечения 3–4 недели, после чего сделать на пару недель перерыв и повторить снова.

АСТМА, ВОСПАЛЕНИЕ БРОНХОВ, БОЛИ В УШАХ, А ТАКЖЕ ЖЕЛТУХА, ВОДЯНКА, ХРОНИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ КОЖИ. На 150 мл воды положить 1 чайную ложку измельчённой в порошок травы. Кипятить 10 минут. Пить по 2 чайные ложки в день на протяжении 10 дней, после чего сделать перерыв в 10 дней. При необходимости лечение продолжить, укладываясь в те же самые сроки.

ПАНКРЕАТИТ. Высушенные стебли истереть в порошок, принимать 3 раза в день за 15 минут до еды на кончике ножа. Если сразу после приёма во рту появляется ощущение сладости, то поджелудочная железа воспалена сильно, а если панкреатит слабый, то сладость во рту больной почувствует через 10–15 минут.

* * *

Противопоказаниями к его применению могут послужить тяжёлые сердечно-сосудистые заболевания, диарея, беременность.

Паслён черный

В южной части Уфы крутая тропинка змейкой вилась по дну Черкалихинского оврага, спускаясь с горы к реке Белой. На склонах оврага в бурьяне полным-полно было паслёна чёрного. В годы войны мы, мальчишки, спускаясь к реке искупаться, всякий раз ползали по склонам оврага, чтобы наесться спелых чёрных ягод «бзники», переиначив на свой лад одно из народных названий чёрного паслёна «базника» (в разных местностях у него и названия разные — волчьи ягоды, собачьи ягоды, сорочьи ягоды, вороньи ягоды; по-видимому, собаки и волки, сороки и вороны, тоже были не прочь полакомиться водянисто-сладковатыми ягодами паслёна). Много позже, уже будучи взрослым, я многое узнал об этом даре природы. А ведь в природе ничего не бывает случайного. Она и голодного накормит, и больного исцелит. (Оказывается в зрелых плодах содержится до 1 630 мг% аскорбиновой кислоты. А ведь зелёные или недозревшие ягоды мы не трогали, как будто знали своим детским чутьём, что они содержат в себе ядовитые гликоалкалоиды соланин и соласодин, которые при созревании ягод разрушаются.)

Уже будучи взрослым я узнал, что паслён чёрный используют в народной медицине Англии, Франции, Португалии, Турции, Венесуэлы и целого ряда других государств на разных континентах. А в народной медицине нашей страны растение не используют. Но это лишь официальная версия.

Давно подмечено, что паслён чёрный снижает повышенную половую возбудимость у женщин, полезен как успокаивающее средство при буйном помешательстве, возбуждённом состоянии, эпилепсии, судорогах, спазмах желудка, мочевого пузыря, заболеваниях, сопровождающихся зудом. Он налаживает менструальный цикл, одинаково хорошо действует и при скудных, запаздывающих, нерегулярных, а также слишком обильных менструальных кровотечениях.

Ещё одна любопытная сторона. Французские травники считали, что паслён особенно полезен тем, кто живёт или работает в холодных, сырых помещениях. Было замечено, что лучше он действует на блондинок с рыжеватым отливом волос, с белой веснушчатой кожей, на женщин флегматичных, кроткого нрава, предрасположенных к простудным заболеваниям. Народные целители рекомендуют зрелые плоды паслёна чёрного употреблять в пищу больным гипертонией и атеросклерозом только по 5–6 ягод в сутки — не больше. Я нахожу в этом отзвук предрассудков.

Сок свежих листьев вводят по 1–2 капли в каждую ноздрю 2–3 раза в день, когда насморк приобретает хроническую форму.

Из спелых плодов паслёна чёрного варят вкусное варенье — на килограмм ягод один килограмм сахара. Известно, что ягоды повышают остроту зрения, а варенье предназначено для улучшения зрения в пожилом и старческом возрасте.

Настой из листьев чёрного паслёна применяют как вяжущее при дизентерии, а также при гепатитах и желчно-каменной болезни, при головной боли, при ревматизме. Высушенные молодые побеги с листьями и цветками используют при лечении бронхиальной астмы, простудных заболеваниях, цистите, гастритах. Наружно компрессы из настоя листьев или ягод назначают при геморрое, язвах, нарывах, псориазе, экземе, рожистом воспалении, а также настоем полощут рот при катаральной ангине, при стоматитах, гингивитах.

Известно из некоторых источников, что паслён чёрный употребляют при лечении эпилепсии, мигрени.

Растение действует избирательно при различных заболеваниях при одинаковом приготовлении. Вот один из примеров.

ЗАБОЛЕВАНИЯ КОЖИ, ЗУДЯЩИЕ ЭКЗЕМЫ, КАШЕЛЬ, ПРОСТУДА, БРОНХИАЛЬНАЯ АСТМА, БОЛИ В УШАХ, РЕВМАТИЗМ, НЕВРАЛГИИ, НЕРЕГУЛЯРНЫЕ МЕНСТРУАЦИИ, ГИПЕРТОНИЯ, ГАСТРИТЫ, ЦИСТИТ. Высушенную траву с листьями и цветками истереть в порошок. Чайную ложку порошка залить стаканом воды, на слабом огне кипятить 15 минут, настоять 2 часа, процедить. Пить по 1 чайной ложке (при возможности и по 1 столовой ложке) 2–3 раза в день. Отвар можно хранить в холодильнике 5–6 дней. При употреблении смешать с ложкой кипятка, чтобы принимать лекарство в тёплом виде.

НЕВРОЗЫ, ГОЛОВНЫЕ И ЖЕЛУДОЧНЫЕ БОЛИ, ДИАТЕЗ, ПОДАГРА, СПАЗМАТИЧЕСКИЙ КАШЕЛЬ, БРОНХИАЛЬНАЯ АСТМА, РЕВМАТИЗМ, НАРУШЕНИЯ МЕНСТРУАЛЬНОГО ЦИКЛА. Пить как чай из расчёта 1 чайная ложка измельчённой травы на стакан кипятка (заварить и пользоваться, процедив, через 5-10 минут).

ИНОПЕРАБЕЛЬНЫЙ РАК. На полтора стакана воды класть 1 столовую ложку травы с зелёными ягодами. Кипятить 10–15 минут на слабом огне. После остывания процедить. Принимать по 15 мл 3–4 раза в день при иноперабельном раке. (По рецепту М. Ф. Игнатенко. Я им ни разу не пользовался, но, видимо, рецепт имеет право на существование, если учесть ещё нераскрытые возможности чёрного паслёна. Входящий в химический состав чёрного паслёна алкалоид салосодин служит основой для синтеза гормона кортизона. Возможно, борьбу против злокачественных клеток ведёт и алкалоид соланин.)

* * *

Паслён чёрный, кроме зрелых ягод, сильно ядовит. С осторожностью надо пользоваться им при заболеваниях печени, поджелудочной железы. Противопоказан он при гипотонии, вегетососудистой дистонии. Его препараты не следует принимать при желудочно-кишечных заболеваниях с диареей, а плоды — при метеоризме. Не следует назначать паслён при беременности.

Пастушья сумка

Всем знаком этот сорняк, который селится, подобно одуванчику, на любом открытом пространстве и так же плодовит: за лето может дать четыре поколения. Положено собирать траву во время цветения, а пастушья сумка с весны до глубокой осени несёт на себе одновременно почки, цветы и плоды, похожие на сердцевидные, туго заполненные сумочки со швом посередине.

Кровоостанавливающее действие пастушьей сумки известно было давно. Ещё Гиппократ применял её при заболеваниях матки. И в средние века этот сорняк повсеместно служил для остановки кровотечений — в этом было главное его назначение. Но в те времена больше, чем знахари, интересовались пастушьей сумкой алхимики. Они перерабатывали в своих лабораториях огромное количество этого сорняка, пытаясь с его помощью отыскать философский камень. Не могли алхимики поверить, что «сумка» не скрывает главной тайны мироздания.

В народной медицине пастушью сумку — траву и сок из неё — применяют для остановки лёгочных, желудочных, кишечных кровотечений. При маточных кровотечениях климактерического периода, затяжных болезненных менструациях, а главное — при срыве беременности пастушья сумка оказывается незаменимой. Необходимо попить 2–3 месяца отвар, чтобы не произошло повторного срыва беременности. Кроме того, пастушью сумку применяют для стимулирования (укрепления) детородных органов у женщин. Когда диафрагма таза, связки матки или её мускулатура «разболтались» и ослабли, могут помочь чай или настойка из пастушьей сумки.

Для тех, кто намерен впервые собрать траву пастушьей сумки, или кто заготавливал её, но не знал этого, скажу, что здесь имеются свои тонкости. Дело в том, что растение часто бывает покрыто каким-то белым грибком (или это «мучнистая роса»?) — пока никто не интересовался и не знает, что это такое. Дело в том, что грибок становится видимым на поздней стадии своего развития, хотя может уже присутствовать на растении, когда его ещё не видно (разве только через сильную лупу разглядишь). Понятно, что грибок этот в какой-то степени нейтрализует полезное действие веществ, содержащихся в пастушьей сумке. Конечно, покрытую белой «пудрой» траву никто не возьмёт, а если этот грибок уже появился, хотя и не виден глазу? В этом случае надо внимательно рассматривать собранную траву и в целях профилактики на день-два подвешивать её на солнце. Если растение остаётся чистым и зелёным — можете смело развешивать в тени, и тогда получите сырьё высокого качества.

А лечить пастушьей сумкой можно не только женские болезни. Прекрасно лечит она болезни почек, особенно нефрит. Даёт положительные результаты и при болезнях печени. Применяют её при гипертонии. Немалую пользу приносит пастушья сумка при злокачественных язвах и раке желудка, опухолях, раке и фиброме матки. Траву, настоянную на водке, пьют при язве желудка.

БОЛЕЗНИ ПЕЧЕНИ И ПОЧЕК. Летом отжимают из свежей травы сок и принимают по 40 капель пополам с водой 3 раза в день. На зиму сок можно законсервировать пополам с водкой и принимать по 30–40 капель с водой. Или 40–50 г сушёной травы залить 1 л кипятка, настоять 1 час, процедить и принимать в тёплом виде по полстакана 3–4 раза в день.

КЛИМАКС. При сильных приливах и кровотечениях 1 столовую ложку травы заварить в стакане кипятка, настоять 2 часа. Принимать по 1–2 столовые ложки 4 раза в день за полчаса до еды.

НЕДЕРЖАНИЕ МОЧИ. 3 столовые ложки травы залить двумя стаканамикипятка в термосе, настаивать 3–4 часа. Принимать по полстакана 4 раза в день до еды.

МАТОЧНОЕ КРОВОТЕЧЕНИЕ. 2–3 столовые ложки сушёной травы на 1 стакан кипятка, закрыть крышкой и настоять 2 часа. Пить по 1/3 стакана 3 раза в день. Обычно через день-два кровотечение прекращается, но надо ещё дня два попить настой хотя бы один раз утром или на ночь.

СТРЕСС. Попринимать свежий сок по 40–50 капель с водой 3 раза в день.

ГИПЕРТОНИЯ. Приготовить настойку. Для этого заполняют стеклянную банку на две трети, доверху заливают водкой. Уже через 2 недели можно пользоваться, а процедить и отжать — через месяц. Принимать по 25–30 капель на столовой ложке воды 3 раза в день до еды. Пользоваться можно длительно.

* * *

Растение неядовитое, свежие листья используют в салатах, кладут в щи, из них получается вкусная начинка для пирогов. Но побочные проявления имеются и у пастушьей сумки. С ней надо быть осторожным при повышенной свёртываемости крови, необходимо наблюдать за содержанием протромбина в крови, особенно при длительном применении. Нежелательно принимать её препараты при скудных менструациях. При гипотонии пользоваться не больше нескольких дней. Не применять при беременности, даже если требуется остановить кровотечение.

Патриния

На галечниках и щебнистых склонах гор Кузнецкого Алатау, на Алтае, в Хакасии, южных областях Сибири и в предгорьях Средней Азии (Тянь-Шаньский район) валериану не встретишь. Но свято место пусто не бывает, так говорят в народе. И природа населила те места другим растением — где-то встретишь патринию сибирскую, в другом месте патринию скальную, а ближе к Семиречью — патринию среднюю (валериана каменная). По успокаивающему действию все эти виды патринии в полтора-два раза сильнее валерианы и применяются также при бессоннице, кардионеврозе, как успокаивающее при беспокойстве, удушье, головной боли. Местное население использует и при некоторых других болезнях, как вспомогательное при туберкулёзе, почечных и печёночных коликах, как болеутоляющее, при лихорадочных состояниях.

Используются настой корней или спиртовая настойка — как и у обычной валерианы. Рецепты практически одни и те же.

Патриния противопоказана при гипотонии, так как понижает давление. Нельзя пользоваться ею при сгущённой крови, тромбозах (её препараты повышают свёртываемость крови). Не следует пользоваться при заболеваниях полости рта (патриния довольно сильно раздражает слизистые оболочки). Передозировка может вызвать головную боль и дурные сновидения.

Первоцвет лекарственный

Одно из первых весенних растений, к которому все относятся с любовью и нежностью. Дети выдёргивают из кисти цветочек и высасывают сладкий сок, взрослые срывают молоденькие листья на салат — по вкусу он мало чем уступает огородному салату, а по пищевой ценности намного превосходит его. Ни одно растение не содержит в листьях столько аскорбиновой кислоты, как первоцвет.

Травники заготавливают первоцвет на лекарственные цели. При хроническом бронхите это одно из самых нежных и верных средств. Используют в первоцвете все: листья, цветки, корни. Настой или отвар корней — эффективное отхаркивающее средство. Если когда-то лучшей в этом отношении считалась импортная сенега, то выяснилось, что первоцвет по этим качествам в пять раз сильней сенеги. Поэтому он часто находит применение при пневмонии, бронхиальной астме.

Настой цветков хорошо помогает при мигрени, головокружении, воспалении мочевого пузыря и как лёгкое слабительное. Кстати, настой цветков считается полезным при параличе.

В народе из листьев первоцвета готовят «любовный напиток». Листья быстро сушат в духовке, растирают в порошок и убирают в плотно закрывающуюся посуду, лучше всего в склянку с притёртой крышкой. В долгие зимние вечера пьют чай, заваривая половину чайной ложки порошка в стакане кипятка, настаивают, укутав, 20–30 минут и добавляют 1–2 крупинки соли. Считается, что такой чай помогает сохранить семейное счастье, непоколебимую любовь и спокойствие в доме. Порошок хорошо хранится — даже через год содержащиеся в нём полезные вещества не теряют своей активности.

Я давно обратил внимание на то, что во многих народных рецептах по применению первоцвета упоминается мигрень. Затем ввёл в свою практику и действительно получал хорошие результаты (при использовании одновременно и нескольких других трав). Впрочем и сам первоцвет способен справиться с этой болезнью.

МИГРЕНЬ, ДЛИТЕЛЬНЫЕ ГОЛОВНЫЕ БОЛИ. Рыхло заполнить стеклянную банку свежими цветками первоцвета и залить сухим виноградным вином. Настоять 3 недели. После процеживания принимать по 50 мл 3 раза в день до еды — как прекрасное лекарство.

МИГРЕНЬ, ГОЛОВОКРУЖЕНИЯ. Полную столовую ложку измельчённых сухих цветков залить стаканом кипятка, настоять 30 минут и выпить в тёплом виде, как чай. Или заваривать чуть побольше и принимать по полстакана 3 раза в день.

МИГРЕНЬ, НЕВРОЗЫ, БЕССОННИЦА. Заварить 2–3 столовые ложки измельчённой сухой травы в 0,5 л кипятка, лучше в термосе — это суточная доза.

БОЛЕЗНИ ПОЧЕК, МОЧЕВОГО ПУЗЫРЯ. Неполную чайную ложку корней (без высокой горки) залить стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 3–4 раза в день. Это полезно и при общей слабости, плохом аппетите, бессоннице, запорах и как мочегонное.

ПНЕВМОНИЯ, БРОНХИТ. Залить стаканом сырой воды 1 столовую ложку измельчённых корней, довести до кипения и кипятить на слабом огне 3–4 минуты, затем настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 3–4 раза в день.

БОЛЕЗНИ СЕРДЦА, ПАРАЛИЧ, ЗАБОЛЕВАНИЯ ПОЧЕК, ПРОСТУДА. 3 чайные ложки сухих измельчённых цветков залить стаканом кипятка, настаивать 1 час, процедить. Принимать по полстакана в тёплом виде медленно, глотками, 3 раза в день вне зависимости от еды.

* * *

Безвредно — это ещё не означает бесконтрольно. Попробуйте пить отвар корней не столовыми ложками, а сразу половиной стакана или все целиком — в лучшем случае почувствуете дискомфорт, а скорее всего это вызовет тошноту и рвоту. Это не отравление, но расстройство желудка вам обеспечено со всеми присущими признаками. Первоцвет может вызвать аллергическую реакцию. Не следует употреблять вместе с антикоагулянтами. Противопоказан он при беременности, так как стимулирует сокращение матки.

Переступень белый

Очень ценное лекарственное растение, имеющее широкий спектр применения. Мало пишут о нём, мало говорят. Неужели по той причине, что сильно ядовит? Но на слуху и в моде сейчас более ядовитые растения. А переступень почти никто не знает. У нас в городе я видел его в нескольких местах в частном секторе, где он посажен как вьющееся, прикрывающее почти весь забор густой зеленью декоративное растение. Спросишь у хозяина — он и названия не знает, мол, просто вьюнок какой-то, мало ли у нас разных вьюнков.

Да, растение южное, с Кавказа, но прижилось и у нас, в средней полосе России. Я иногда видел его и на дачах в Подмосковье. А ведь его лечебные свойства были известны ещё в глубокой древности. В книге «Ненужное для неучей»

Амирдовлат Амасиаци отнёс переступень белый к противораковым средствам, в особенности полезным для лечения злокачественной опухоли селезёнки.

Научная медицина теперь тоже признает противоопухолевую активность переступня, содержащихся в нём разного вида кукурбитацинов, обладающих в эксперименте цитотоксическими свойствами. Кумарины в эксперименте тоже проявляют противоопухолевую активность.

Чужим переступнем я не пользуюсь, выращиваю сам в отдалённом от города месте, использую корень в сушёном виде и в спиртовых настойках, ввожу в лечебные комплексы при метастазах в печень, лёгкие и некоторые другие внутренние органы, при лимфогранулематозе, а также при некоторых других серьёзных заболеваниях, осилить которые может лишь узкий круг растений.

Издавна переступень применяют при эпилепсии, параличе, асците, болезни сердца, заболеваниях суставов.

Настойку я готовлю из расчёта 2 столовые ложки сухих корней на 0,5 л водки. Настаиваю, как обычно, месяц, периодически встряхивая.

РАК, ОТЕКИ РАЗНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ, БОЛИ В СЕРДЦЕ, МИГРЕНЬ, ЭПИЛЕПСИЯ. Принимать по 10–20 капель с водой 3 раза в день. Курс лечения — 4 недели. Через недельный перерыв можно повторить.

ПОЛИПЫ ЖЕЛУДКА. Половину чайной ложки измельчённой сухой травы на полтора стакана кипятка, закрыть крышкой и настоять 3 часа, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день через час после еды в течение 20–25 дней.

ПСОРИАЗ. 5 граммов измельчённой травы залить стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день после еды. Этот же настой использовать для примочек.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Половину чайной ложки измельчённых корней или половину чайной ложки измельчённых побегов, листьев залить 2 стаканами кипятка, закрыть посуду и настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день после еды в течение 30 дней, сделать перерыв на 5–7 дней и снова повторить в течение месяца.

* * *

Уже говорилось о том, что переступень белый сильно ядовит, его необходимо строго дозировать. Передозировка может вызвать тяжёлое заболевание почек — нефрит.

При отравлении резко падает кровяное давление, появляются боли в животе, открывается кровавый понос, рвота, наступает потеря сознания.

При лечении ревматических полиартритов натирание свежим корнем вызывает появление пузырей на коже.

Переступень белый противопоказан при беременности, повышенной свёртываемости крови, тромбозах. С осторожностью назначается при гипотонии. Лечение проводится только под наблюдением опытного врача фитотерапевта.

Перец красный, стручковый

С этим растением не связано захватывающих событий. Не использовали его в древности для лечения каких-либо болезней, хотя археологи определили, что это очень древнее растение и известно с начала развития земледелия за шесть тысяч лет до новой эры. Но не встретишь изображения этого овоща на стенах древних храмов, не найти описания и применения у Гиппократа или других врачей древности.

Впервые Европа узнала о красном стручковом перце после открытия Колумбом Америки. Это была излюбленная приправа народов южноамериканских стран. Они мясо не солили, а перчили. Христофор Колумб положил мешок с перцем к ногам короля и королевы. Специи в те времена ценились дороже алмазов и золота. Колумбу пожаловали титул Адмирала Всех Морей и отправили править открытыми землями. А как стало известно, что земли индейцев богаты золотом, Колумба, оклеветанного, в цепях доставили обратно в Испанию. В тюрьме, умирая, Колумб завещал положить эти цепи в гроб.

В медицине стручковый перец находит очень ограниченное применение: внутрь — для аппетита, наружно — как отвлекающий раздражитель при невралгиях, миалгиях, артралгиях. Широко известен выпускаемый медицинской промышленностью перцовый пластырь. И я благодарен ему, когда он довольно быстро справился с ишиасом, а других средств под рукой не было. Знакомы с ним и те, кто хоть раз пострадал от пояснично-крестцового радикулита. Слова благодарности заслуживает и знаменитая перцовка, выручавшая при первых признаках простуды.

В народе перцовую настойку обычно готовят сами и применяют наружно при артритах, миозитах, радикулитах, невралгиях, ишиасе. Внутрь употребляют каплями при острых желудочно-кишечных заболеваниях, для возбуждения аппетита.

Интересен народный рецепт против старости.

ПРЕЖДЕВРЕМЕННОЕ СТАРЕНИЕ. 1 чайную ложку красного перца смешать с 500 г сливочного масла и 200 г мёда. Принимать по 1 столовой ложке 4–5 раз в день, пока порция не кончится. Следующий курс — с интервалом 3 месяца.

РАДИКУЛИТ. 2 стручка перца на полтора стакана нашатырного спирта. Настоять 2 недели. Использовать на растирание.

* * *

Стручковый перец не рекомендуется употреблять при заболеваниях желудка, поджелудочной железы, кишечника, печени, почек.

При употреблении внутрь в больших количествах содержащееся в красном стручковом перце вещество капсаицин вызывает острое желудочно-кишечное расстройство, которое в тяжёлых случаях может привести к смерти.

Перец сладкий

Стараниями человека мелкий, жгучий стручок красного перца превратился в большой и сладкий овощ, ничего общего не имеющий со своим прародителем. Во-первых, он обогатился большим запасом каротина, который оберегает все входы в организм, особенно уязвимые места перехода кожи в слизистую, то есть все отверстия, ведущие внутрь организма. Витамином А и его предшественником — каротином — организм запасается прежде всего для этих участков. Если их запасы истощаются, то снижается сопротивляемость организма. Невозможно полнокровно жить без витамина А, которого так много в перце.

Всего лишь семьдесят лет назад венгерские учёные выделили из красного сладкого перца вещество, укрепляющее сосуды. Его назвали витамином Р — по первой букве венгерского слова «паприка» (перец). Трудно переоценить ту пользу, которую приносит витамин Р для питания сердечно-сосудистой системы. Благодаря витамину С перец укрепляет центральную нервную систему. Стрессовая ситуация, ярость, злость, обида за одно мгновение может «сжечь» весь запас витамина в организме. А ведь когда сердце в опасности, без этого витамина не обойтись. Кроме того, сладкий перец обладает способностью повышать усвоение организмом железа. А кроме железа в перце содержатся другие важнейшие микроэлементы — калий, кальций, магний, цинк, алюминий, фосфор, сера, хлор и кремний. Так что для повышения общего тонуса организма надо как можно больше и чаще употреблять сладкий перец.

Сок сладкого перца пополам с морковным в лечебных целях необходим при нарушении роста волос и ногтей, слизистых протоков (юношеские угри, гнойнички на коже лица, ячмени), а главное — нормализуется цвет кожи (исчезает пигментация), улучшается состояние толстого кишечника (лечатся запоры). Сок необходимо пить натощак по четверти стакана 1 раз в день. Курс лечения — до стойкого улучшения.

Настаивают сладкий перец на растительном масле (произвольно). Масло круговыми движениями втирают при радикулите, миозите.

Всем хорош сладкий перец, хвала ему, да вот только подходит он не всем. О побочных проявлениях перца стараются не думать или вовсе не знают.

Перец сладкий противопоказан при тяжёлой форме стенокардии, нарушении сердечного ритма. Лечение перцем или увлечение паприкой непременно ощутят на себе подскоками давления гипертоники. Не годится сладкий перец при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, гастрите с повышенной кислотностью. От сладкого перца придётся отказаться при обострении хронических заболеваний почек и печени, а также колите, застарелом геморрое. Ароматические вещества сладкого перца способствуют выделению «гормона счастья» — эндорфина, который благодатно действует на нервную систему. Только вот ведь какая беда — сладкий перец несовместим с повышенной возбудимостью нервной системы, с бессонницей, и особенно эпилепсией. Если у вас нет перечисленных заболеваний — лечитесь соком сладкого перца, без ограничения включайте в диету и ешьте на здоровье. (Меня могут упрекнуть, мол, сам вон как расхвалил достоинства — причём вполне заслуженные — такого ценного и популярного овоща, и тем не менее, чуть ли не тройной забор возвёл вокруг него. Увы, я ведь не запрещаю, а только предупреждаю о нежелательных для здоровья побочных проявлениях, и, имея у себя кучу противопоказаний, нет-нет да соблазнюсь парой ложек лечо или фаршированным перчиком, махнув рукой: а, будь что будет, не лишать же себя удовольствия. Уж такова психология человека.

Персик обыкновенный

Вот ещё один предмет соблазна, правда, не всегда и не всем доступный (в смысле лечения, требующего ежедневного приёма на протяжении хотя бы двух-трёх недель). В особых рекомендациях он не нуждается. Кто откажется от сочного ароматного плода с нежным пушком на румяной кожице?! Постарайтесь побольше употреблять персики при низком гемоглобине, анемии. По содержанию железа они превосходят вишню, яблоки, абрикосы, груши, сливы. Особенно полезны персики тем, кто перенёс операцию по удалению опухолей, лучевую терапию. И вообще химический состав персиков повышает устойчивость к развитию злокачественных новообразований. Токоферол, содержащийся в персиках, сдерживает процесс старения.

Внимание привлекает один оригинальный рецепт, связанный с персиками, вернее, с зёрнами косточек персика.

ДИАТЕЗ, АЛЛЕРГИЯ. Взять зерна косточек, хорошо их прожарить, растереть, смолоть в кофемолке. Полученную муку слегка смочить водой и смазывать сыпь на теле ребёнка.

* * *

Персики противопоказаны при диабете, при ожирении. Персики нежелательны при гипофункции щитовидной железы, так как препятствуют выработке гормона щитовидной железы. Противопоказаны при аллергии.

Петрушка огородная

Петрушка — это маленькая аптека: в ней содержатся белки, углеводы, пищевые волокна, калий, натрий, кальций, магний, фосфор, железо, провитамин А, витамины В, В, РР, Е, С, много фитонцидов, которые сдерживают гнилостные и бродильные процессы. При умелом пользовании можно лечить почти все органы и системы.

Родина петрушки — Греция. Древние греки считали её священным растением и в пищу не употребляли, чаще всего применяли для венков: при жертвоприношениях — в дар богам, гостям — на обеде, дарили венок при разлуке с любимым. Даже мёртвые уходили в мир иной с венком петрушки на голове. В знак печали тоже надевали такой венок.

Ценил и восхвалял петрушку Авиценна. Вот что он писал о ней: «Открывает закупорки вен, гонит пот, успокаивает боли, рассасывает опухоли в начале их образования, помогает от кашля, при стеснении в груди и затруднении дыхания, она полезна для печени и селезёнки, своим растворяющим свойством она возбуждает работу желудка и кишечника, и выводит, растворяя, камни, но считается, что она противопоказана при эпилепсии. Петрушка гонит мочу и месячные, она вредна для беременных. Все части петрушки очищают мочевой пузырь и матку. Полезна при отравлении смертельными ядами, входит, в состав сложных противоядий».

Мария Медичи, будучи виртуозом в составлении ядов, сама панически боялась быть отравленной, и петрушку считала лучшим противоядием. Её повар готовил сотни блюд, где основным компонентом была петрушка.

Знахари рекомендовали срывать зелень петрушки и выкапывать корень в новолуние, а для того, чтобы «вызвать» менструацию, надо брать петрушку, когда молодой месяц находится над линией горизонта. Засушить и хранить впрок.

Трудно найти что-либо лучшее для лечения простатита.

ПРОСТАТИТ. Можно свежую зелень, но лучше всего взять корень, помыть, мелко порезать. Полную столовую ложку залить половиной стакана крутого кипятка, оставить на ночь (примерно на 10 часов). Утром процедить. Пить по 1 столовой ложке 4 раза в день за полчаса до еды. Если лечение проводится зимой, то 4 чайные ложки сушёного корня залить половиной стакана кипятка, настоять в термосе не менее 8 часов. Пить так же по 1 столовой ложке за полчаса до еды.

МЕНСТРУАЦИИ ОБИЛЬНЫЕ, БОЛЕЗНЕННЫЕ, НЕРЕГУЛЯРНЫЕ. Надо 4 чайные ложки семян заварить стаканом кипятка, выдержать на очень маленьком огне 15 минут. После остывания процедить. Принимать по 1 столовой ложке 5–6 раз в день в промежутках между приёмами пищи.

ПЕРИКАРДИТ (воспаление околосердечной сумки). Измельчить два средней величины корня петрушки и варить на малом огне в закрытой посуде в 1,5 л воды, пока не останется 0,5 л. Процедить, добавить сок двух лимонов и 100 г мёда, тщательно размешать. Пить по 1/3 стакана 3 раза в день до еды. Хранить в холодильнике.

ВОДЯНКА, ОТЕКИ СЕРДЕЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ. 1 столовую ложку измельчённых корней залить 1 стаканом крутого кипятка, укутать, настоять 10–12 часов, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 4–5 раз в день.

АЛКОГОЛИЗМ. Взять 30 г семян петрушки и 50 г свежих измельчённых листьев капусты и залить 1 л кипятка. Настоять в термосе 15 минут. Принимать по 1 стакану 3 раза в день незадолго до еды. Курс — 2 недели. Уменьшает тягу к спиртному. Время от времени лечение повторять.

АРТРИТ. Чайную ложку смеси сухой зелени и корней петрушки залить 2 стаканами горячей воды. Настаивать 9 часов. Принимать по 2–3 столовые ложки перед едой в течение 3 дней. При заболевании суставов уменьшает боли и воспалительные процессы.

ЦИСТИТ. Измельчить в порошок 4 чайные ложки семян петрушки, залить 1 стаканом кипятка и ещё кипятить на слабом огне 10–12 минут. После остывания процедить. Принимать по 1 столовой ложке 4–6 раз в день вне зависимости от еды. Детям отвар дозируют чайными ложками.

ВЕТРЯНАЯ ОСПА. 1 столовую ложку высушенной травы или 1 чайную ложку корней петрушки залить 1 стаканом кипятка, настоять, процедить. Давать ребёнку по 1 чайной ложке 3 раза в день. Годятся любые сорта петрушки. Настой ускоряет выздоровление.

КОРЬ. Измельчить корни петрушки, 1 чайную ложку залить 1 стаканом кипятка, закрыть крышкой и настоять 6–8 часов (можно поставить на ночь). Процедить. Давать ребёнку по 1 чайной ложке 3–4 раза в день до еды.

ОЖИРЕНИЕ, ИЗЛИШНИЙ ВЕС. Ежедневно выпивайте по стакану отвара свежей петрушки. Заваривать 1–2 чайные ложки зелени на стакан кипятка. Можно выпить за день в несколько приёмов.

МЕТЕОРИЗМ. 4 чайные ложки сухих или свежих корней петрушки кладут на 2 стакана кипятка, настаивают ночь (8-10 часов). Принимать по столовой ложке 3 раза в день за 20 минут до еды. Пользоваться периодически при вздутии живота и переполненности газами.

* * *

Не следует думать, что петрушка может обосноваться в вашем меню без ограничений.

Препараты петрушки раздражают паренхиму почек, поэтому она противопоказана при нефрите.

Петрушка опасна для женщин, склонных к частым выкидышам. При беременности необходимо исключить её полностью, так как петрушка стимулирует гладкую мускулатуру матки и может привести к преждевременным родам.

Пижма обыкновенная

В давние времена, невзирая на летнюю жару, на изнуряющий июльский зной, крестьяне из дальних селений за несколько дней пути обозами доставляли в стольный град Москву свежайшее мясо. Как они ухитрялись обойтись без современных наших рефрижераторов? Очень просто. Они ведь были близки к матушке-природе, и она выручала их. В данном случае одарила их дикой рябинкой — так называли пижму. Сушёные цветки пижмы толкли в муку и толстым слоем покрывали тушу разделанной скотины, да так, чтобы никакого доступа воздуху не оставалось. Через несколько дней отмоешь тушу от пижмяной муки — и покупай народ свежатину, мясо, как парное и по запаху, и по вкусу.

Между прочим, культ цветов пижмы существовал ещё в Древнем Египте, так как пижма была основным ингредиентом при бальзамировании фараонов.

Что касается лечебных свойств пижмы — это тоже известно было во всех странах, где она растёт. В России народные целители и земские врачи успешно лечили пижмой нервные болезни, спазмы, желтуху, женские болезни. И сейчас её часто применяют при заболеваниях печени и желчного пузыря, язве желудка и двенадцатиперстной кишки, женских болезнях, как глистогонное.

При лечении желтухи цветы пижмы обладают интересным свойством. Если её настой применяют мужчины, болезнь проходит быстро, протекает мягче, без последствий. А вот женщинам в таких ситуациях пижма совсем не помогает.

ЖЕЛТУХА. Полную столовую ложку соцветий залить 1 л крутого кипятка. Настоять 2 часа, процедить. Пить натощак столько, сколько можно выпить с удовольствием. И ещё раз во второй половине дня не более половины стакана. Не спешите употребить за день весь литр настоя — это может быть вашей нормой на несколько дней.

ХОЛЕЦИСТИТ. 50 г сухих цветков залить 0,5 л водки, настоять 2 недели. Принимать по 25 капель (не на глазок, а из пипетки) 3 раза в день за 20 минут до еды. В среднем курс лечения составляет 3 недели.

ЭПИЛЕПСИЯ. 100 г сухих цветков залить 400 мл водки, настоять в тепле 3 дня, процедить. Пить по 30–40 капель 3 раза в день до еды. (Знаю, что в четырёх случаях из пяти это средство помогло больным. Пятым был молодой человек, на которого ни одно из известных мне средств не действовало, принося лишь временные облегчения.)

БЕЛИ, БОЛЕЗНЕННЫЕ НЕРЕГУЛЯРНЫЕ МЕНСТРУАЦИИ, ПРЕКРАЩЕНИЕ МЕНСТРУАЦИЙ. Приготовить смесь сухих листьев и цветков. 1 столовую ложку залить 2 стаканами прохладной кипячёной воды, настоять 4 часа, процедить. Пить по половине стакана 2–3 раза в день до еды. Для лечения белей, трихомонадного кольпита — использовать настой для спринцеваний и тампонов. Средство эффективное, с хорошими результатами.

РАК КОЖИ. 5 столовых ложек высушенных цветков варить в 0,5 литра кипятка на слабом огне 10 минут, настоять 1 час, процедить. Делать примочки, меняя их время от времени.

ВЫВИХ. 3 столовые ложки цветков пижмы залить стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Делать компрессы на место вывиха.

* * *

Пижма относится к ядовитым растениям, поэтому и отношение к ней должно быть соответствующим, необходимо строго соблюдать дозировку. Настой пижмы в период лечения повышает давление, что необходимо учесть гипертоникам. При передозировке могут наблюдаться расстройство желудка, тошнота, рвота, даже судороги.

Не рекомендуется применять пижму длительно, особенно при гастритах с повышенной кислотностью. Нельзя давать препараты пижмы маленьким детям, исключить даже клизмочки при гельминтозе. Противопоказана пижма при беременности.

Пион уклоняющийся — марьин корень

Как любопытный факт можно отметить, что своё название цветок заимствовал от реального человека, известного греческого врача — Пеона. Он очень хорошо лечил воинов во время Троянской войны, из-за чего его учитель, врач Эскулап, якобы позавидовал своему ученику и решил его отравить. Древние греки на все случаи жизни имели прекрасные легенды. По одной из таких легенд, боги уберег ли талантливого Пеона, превратив его в красивое растение, которое в таком виде успешно продолжает лечить людей.

Свои легенды, конечно, имеет и Китай, где пион с махровыми цветами культивируется более полутора тысяч лет и до сих пор называется «наипрекраснейший среди цветов». Он символ богатства, знатности, благополучия, используется по сей день во всех композициях, в рисунках на ткани, живописных полотнах.

Авиценна писал о пионе: «Настоенный на медовой воде помогает от кошмаров, сводит чёрные пятна на коже. Полезен при падучей, если только повесить корень на шею». Говорят, что даже злые духи исчезают из тех мест, где растёт пион. А ожерелье из кусочков корня, надетое на шею, защищает от дьявольских наваждений.

В большом почёте был пион у армян — они считали его цветком, отгоняющим бесов и исцеляющим бесноватых (и были недалеки от истины, если учесть, что пион с успехом применяется при лечении ряда тяжёлых неврологических заболеваний). В Западной Европе корни пиона прикладывали к сердцу, чтобы не было удушья и подагры. Знахари говорят, что корень надо копать ночью, отыскивая растение по запаху. Существует поверье, если выкапывать его когда светло, то что-то нехорошее может случиться с глазами — «ворон выклюет глаза».

Наши отечественные пионы тоже прекрасно могут лечить, но только те, что имеют запах (особенно ценится белый пион). Выкапывать корень рекомендуют во время цветения, иначе не узнать, есть ли запах у красавца пиона.

Я неравнодушен к этому наипрекраснейшему цветку, несколько его сортов украшают дачный участок, но на лекарственные цели я беру только дикорастущий пион уклоняющийся — марьин корень. Он крайне редко встречается в природе, занесён в Красную книгу исчезающих растений. Поэтому при выкапывании беру только часть корня, а отростки с «глазками» будущих стеблей рассаживаю поблизости — через несколько лет они образуют новый мощный куст.

Марьин корень я применял почти при всех онкологических заболеваниях. Памятен очень давний случай, когда пришла ко мне вся в слезах симпатичная башкирочка, маленькая, хрупкая, совсем ещё девчонка, с захлёбывающейся скороговоркой — половину слов пришлось переспрашивать. Сказала, что врачи уже не берутся за неё, выписали домой, в деревню, а муж бросил, на руках маленький ребёночек, что деньгами ей поможет брат, работающий на севере, что ради ребёнка я должен спасти её от рака матки. Все говорит и говорит, мне слово вставить не даёт, боится, видимо, что откажу. Но сразу имя её узнал — Гульнас, двадцать два года ей, родителей нет. Справка из больницы скупая, даже гистология не указана, предложено лишь «симптоматическое лечение». Помочь я взялся, но честно сказать — сам в успех не верил. Разумеется, в ход пошли все противоопухолевые препараты: болиголов, гинекологический бальзам, марьин корень почти без перерывов; очиток пурпурный, цветки хмеля, из трав чередовались ярутка полевая, хвощ зимующий, ольха чёрная, чернобыльник, меняющиеся травяные составы для спринцеваний, тампоны со зверобойным маслом — я перечислил только часть того, что принимала и чем пользовалась Гульнас. Она категорически отказывалась идти к врачам, но я настоял, чтобы она периодически проходила обследование в онкодиспансере. Там удивлялись, что дело идёт на поправку, даже засуетились — как же так, человек борется за жизнь без их участия? Назначили химиотерапию. В начале девяностых, когда вокруг в стране все рушилось и экономика дышала на ладан, в онкодиспансере был очень скудный выбор цитостатиков. Гульнас лечили циклофосфаном. Я тут же параллельно назначил экстракт корней дягиля. При комбинированной терапии дягилем и циклофосфаном эффект лечения значительно увеличивается. Резко снижается токсическое действие цитостатика. Через десять месяцев Гульнас была признана полностью здоровой. Надо сказать, что муж вернулся к ней, живут хорошо, мальчик заканчивает школу. Ещё нескольким женщинам марьин корень помог излечиться от рака матки и яичников.

Но не только при раке применяется пион уклоняющийся. Благодаря ему, в сочетании с некоторыми другими растениями, избавились несколько человек от эпилепсии. Любопытен недавний случай. У семнадцатилетней Валентины приступы отмечались два-три раза в неделю. При эпилепсии я назначаю каплями настойку лепестков цветка пиона. Через несколько месяцев приступы у Вали стали редкими, но на этом дело застопорилось. И тут дочь предложила мне: давай испробуем симптоматический метод лечения, применяемый в народе. Берут нечётное количество семян и, вдев на суровую нитку, делают бусы на шею. Кстати, бусы получились очень красивыми: круглые, чуть продолговатые горошины чёрных блестящих семян, напоминают внешним видом бусы из драгоценного чёрного граната. Валентина носила их с удовольствием. Они, как говорится, были ей к лицу. И самое удивительное — приступы прекратились окончательно. Дочь сделала такие бусы ещё нескольким девочкам, и пока только у одной пациентки бусы не принесли ожидаемого результата. Правда, времени пока ещё прошло немного (или семена оказались лежалыми, позапрошлых лет). Ведь добывать и лепестки цветков, и семена — дело непростое. За ними только в одну сторону приходится ехать две с половиной сотни километров. Хорошо, если угадаешь срок, а если пион ещё не цвёл или семена не успели созреть — едешь и дважды, и трижды.

Купить корни пиона уклоняющегося других сортов сейчас не проблема — они и в аптеках имеются, и по переписке можно приобрести, узнать адреса в Интернете. Но мы с дочерью остаёмся верны своему принципу: работаем только с теми травами, которые добываем собственными руками только в известных нам местах.

Марьин корень находит широкое применение при многих болезнях. Я остановлюсь лишь на некоторых.

ИНСУЛЬТ. Корень измельчить, 10 г порошка (2 чайные ложки) залить 1 стаканом кипятка, настоять 2 часа. Принимать по 1 столовой ложке 3–5 раз в день вне зависимости от еды (обычно за 20–30 минут до еды, но можно и в промежутках между едой).

СОТРЯСЕНИЕ МОЗГА. 50 г сухого корня залить 0,5 л водки, настоять 2 недели. Принимать по чайной ложке 3 раза в день за 20 минут до еды. Эта же настойка полезна при бессоннице, неврастении, головной боли.

ИМПОТЕНЦИЯ. 1 столовую ложку сухих корней залить 0,5 л водки, настоять 2 недели. Принимать по 25–30 капель, запивая водой, 3 раза в день.

КРОВОТЕЧЕНИЯ МАТОЧНЫЕ. 50 г семян залить 0,5 л водки, настоять 3 недели. Принимать по 15–20 капель 3 раза в день до еды на воде.

* * *

Марьин корень относится к ядовитым растениям, так что дозировку соблюдать необходимо. Отвары и настойки корней повышают кислотность желудочного сока, что необходимо учитывать больным гиперацидными гастритами. Марьин корень слегка понижает давление — гипотоникам надо учитывать это и следить за давлением, в случае чего принимая необходимые меры. Пион уклоняющийся противопоказан при беременности, так как действует абортивно.

Плакун иволистый

В арсенале даже бывалых травников его встретишь редко, почти не отыщешь сведений в справочной литературе. Плакун, как мне думается, попросту выпал из поля зрения и забыт. В старину о нём вспоминали чаще, используя при нервных и лёгочных заболеваниях, кровавой моче, хронических энтероколитах и дизентерии. Наружно отваром лечили варикозные язвы, купали детей при судорогах — спазмофилии. Применяли даже при венерических заболеваниях.

Растение любопытное. Многие видели и видят его в сырых местах, по берегам водоёмов. Стебли прямые, высотой до метра, одетые в узкие длинные листья, по три в каждой мутовке, а на верхушке стебля густые прерывистые кисти некрупных цветков малинового цвета. Перед приближением дождя с кончиков листьев, действительно очень похожих на листья ивы, тихо, как слезинки, стекают и падают вниз редкие капли, хотя в это время ещё может сиять солнце.

В старину, по-видимому, дербенник играл немалую роль, потому что не так много наберётся трав, овеянных суеверием и преданиями. Существует специальная молитва для выкапывания его корня. Знахари и колдуны брали его корень каждый для своих целей — обязательно на заре Иванова дня. Не полагалось при себе иметь никаких железных вещей — копали специальной костяной лопаточкой.

По поверью, это растение обладает необычайной магической силой, помогает искать клады, охраняемые недобрыми, по отношению к людям, духами. Когда будешь иметь при себе эту траву, все духи тебе покорятся. Один лишь плакун в состоянии выгнать дедушек домовых, кикимор.

Даже библейская легенда не обошла стороной дербенник, цитирую Печерского: «Когда… Христа распинали, пречистую кровь его проливали. Тогда Пресвятая Богородица по сыне слезы роняла на матушку сыру землю… И от тех слез зародилась Плакун-трава… От Плакун-травы бесы и колдуны плачут, смиряет она силу вражью, рушит злое чародейство, сгоняет с человека уроки и притку».

И ещё: «Есть трава именем Плакун, растёт возле рек и озёр, высока, в коноплю, цвет багров. Та трава вельми добра: держать при себе в чистоте и давать скоту, который вертится, или которое дитя не спит, и класть в головы, то станет спать. А который человек крест носит на себе, честен будет в людях, и никакой пакости не убоится, и злой смертью не умрёт, а без той травы никакой травы не рвать, потому что от них помощи не будет».

Я не суеверен, но в минуты сомнений или когда очень хочется помочь человеку, в пакет репешка, подмаренника или любой травы кладу маленькую щепотку, чисто символически, таинственной силы плакун-траву.

Кстати, чай из травы эффективен при общей слабости организма и при болезненном лихорадочном состоянии.

РАССТРОЙСТВА ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ. Столовую ложку травы залить двумя стаканами кипятка, настоять 4 часа, процедить. Пить по 1/3 стакана 3–4 раза в день до еды.

ГЕМОРРОЙ. 1 чайную ложку измельчённых корней дербенника на 1 стакан воды, кипятить 5 минут, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1/4 стакана 3 раза в день до еды.

ГОЛОВНАЯ БОЛЬ, ДИАРЕЯ, ГАСТРАЛГИЯ (боль в желудке). 1 столовую ложку высушенных цветков залить стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 3 раза в день до еды.

* * *

С большой осторожностью применять при желудочно-кишечных заболеваниях с атоническими, особенно старческими запорами. Противопоказанием может послужить высокая свёртываемость крови и склонность к тромбообразованию. При гипертонии внимательно следить за давлением, так как дербенник способствует сужению сосудов. Растение не токсичное.

Плаун булавовидный

Плаун булавовидный

Плаун баранец

Люди старшего поколения должны помнить те времена, когда в каждой аптеке можно было купить пакетик спор плауна булавовидного — ликоподий, самую нежную и безвредную детскую присыпку. В больницах споры использовали от пролежней.

Травники в лечебных целях используют и споры, и траву плауна — ползучие плети длиной до полутора-двух метров. Они и при высушивании сохраняют ярко-зеленую естественную окраску — в коробке лежат упругие, словно живые. Ни в коем случае нельзя вырывать плаун с корнем — он нарастает из спор лет тридцать.

Интересная особенность: споры в воде не тонут, плавают на поверхности и не растворяются, сколько ни кипяти их. А лекарство из них получается превосходное. Я несколько раз лечил отваром спор почки — пиелит, пиелонефрит.

Настой травы тоже находит применение при лечении печени, гастрита, энтероколита, цистита, мочевого пузыря, почечно-каменной болезни. Настой пьют при болях в желудке, коликах, спазмах, а также при бронхитах, ларинготрахеитах, заболеваниях нервной системы, кровавой моче, дизентерии. Наружно отваром травы заживляли трофические язвы, купали детей при судорогах. Применяли даже при венерических заболеваниях.

Чай из травы пьют и при заболеваниях печени в качестве противовоспалительного средства. Имеются рецепты и с использованием холодного настоя.

ГЕПАТИТ, ХОЛЕЦИСТИТ. 1 чайную ложку спор всыпают в стакан холодной кипячёной воды. Настаивать надо 8 часов. Принимать по четверти стакана 4 раза в день вместе со спорами (можно в промежутках между едой).

ОСТРЫЙ ЭНТЕРИТ. 1 чайную ложку сухой измельчённой травы на 1 стакан холодной кипячёной воды, настоять 4–5 часов, процедить. Принимать по четверти стакана 4 раза в день.

КАМНИ В ПОЧКАХ И МОЧЕВОМ ПУЗЫРЕ, ОСТРЫЙ ЦИСТИТ. 2 столовые ложки спор на 2 стакана воды, кипятить на слабом огне 10 минут, настоять 1 час. Принимать по 1 столовой ложке вместе со спорами каждый час. При необходимости на другой день повторить.

СПАЗМЫ В ЖЕЛУДКЕ. 1 чайную ложку измельчённых веточек залить 2 стаканами кипятка, настоять 1–2 часа. Суточная доза. Принимать можно по полстакана и больше — главное, снять спазмы. Ведь это не длительное лечение.

НЕЗАЖИВАЮЩИЕ ЯЗВЫ. В четверть стакана постного масла всыпать 4–5 чайных ложек спор, поставить на огонь и дать покипеть 5-10 минут на слабом огне. Полученную мазь прикладывать к язве на длительное время, зафиксировав бинтом. Внутрь принимать отвар: 1 столовую ложку спор или веточек довести до закипания в стакане молока, затем настоять полчаса. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день.

* * *

К спорам не знаю никаких противопоказаний. С веточками надо быть поосторожней, указанные дозировки не превышать, иначе вместо лечения можно заполучить раздражение почечной паренхимы. Не пользоваться при болезнях, вызывающих мочеизнурение. При длительном пользовании делать проверочные анализы крови.

Погремок большой

В том числе погремок малый, погремок поздний — все они используются с одинаковыми лечебными целями: при головной боли, аритмии, желтухе, но в основном дают пить настой при алкоголизме, тоже с большими предосторожностями и очень малыми дозами, не более пяти дней подряд.

Я специально уделил внимание этому малоизвестному растению, потому что некоторые люди очень интересуются им и понятно в каких целях и, раздобыв его у торговцев травами, могут попасть в беду, не умея и не зная, как пользоваться, а погремок довольно-таки ядовит. Поэтому привожу точный рецепт.

АЛКОГОЛИЗМ. Для лечения используется высушенная трава, всего 1 чайную ложку заваривают в 2 стаканах кипятка. Настаивать полчаса, не больше. Принимают натощак утром 1 стакан, всего один раз в сутки, и проводят лечение на протяжении семи, в крайнем случае до десяти дней подряд, потом необходимдвухнедельный перерыв.

* * *

Нельзя пользоваться погремком при сердечной и лёгочно-сердечной недостаточности, хронических заболеваниях почек — нефрите, гломерулонефрите, сильном истощении и очень низком давлении. Дозировку ни в коем случае не превышать. Гарантии кардинального излечения от алкоголизма это растение не даёт, но вспомогательным средством может послужить.

Подмаренник настоящий

He стану скрывать: я восторженный поклонник этого пахнущего летом и сладким мёдом растения с жёлтыми султанчиками мелких жёлтых цветков, которых на довольно упругом стебле тьма и тьма, и каждый источает неповторимый аромат лета. Расцвёл цикорий — лето входит в свои права. Начинает цвести подмаренник — самая макушка лета, и вся благодать пышного расцвета лета сконцентрирована в жизнерадостном, опьяняющем запахе подмаренника жёлтого. Он как бы венчает собой макушку буйного разнотравья, и как только начинает отцветать, лето как бы принимается посматривать в сторону пока ещё неблизкой, но уже неминуемой осени, когда отошла земляника, когда начинают наливаться соком смородина, ранняя вишня.

Настой травы с цветками в народе употребляют при туберкулёзе, пневмонии, бронхите, ангине, простуде, кашле, болезнях печени, водянке, тошноте, при остановке менструаций и послеродовых осложнениях, эндометритах, геморрое, при глухоте, при отёках, нефрите, мочекаменной болезни, бруцеллёзе, коликах и рези в желудке, головной боли, при детских конвульсиях, эпилепсии, как седативное — при истерии и неврастении.

С подмаренником производила эксперименты и научная медицина. Любопытно будет познакомиться с её результатами. Настой травы в эксперименте проявляет умеренные диуретические свойства; отвар оказывает седативное и противосудорожное действие, вызывает торможение коры подкорковой и стволовой структур головного мозга крысы, рекомендован для клинических испытаний при эпилепсии с судорожными проявлениями; у собак несколько повышает кровяное давление; водный экстракт проявляет противосвертывающее и антифибринолитические свойства, сухой экстракт — спазмолитическую активность; настойка травы тормозит рост лимфосаркомы Плисса на 82 %, повышает концентрацию гликогена в печени и мышцах крысы, нормализует содержание глюкозы в сыворотке крови, а также уменьшает выраженность лейкоцитоза, развившегося у животных-опухоленосителей; в опытах на собаках выявлено желчегонное, противовоспалительное действие препаратов. Настой листьев, плодов в эксперименте оказывает седативное действие и вызывает небольшое урежение ритма изолированного сердца лягушки. Водно-спиртовый экстракт повышает выживаемость и плодовитость гусениц тутового шелкопряда; сумма биологически активных веществ способствует выведению камней из почек.

Надеюсь, всех этих сведений достаточно, чтобы иметь представление о целебных свойствах растения. Я ценю подмаренник при лечении многих онкологических заболеваний. В комплексе с другими подобными травами он иногда бывает незаменим. Но это не означает, что в стороне остаются другие болезни — подмаренник бывает необходим и при заболеваниях сердца, почек, печени, эпилепсии, кожных заболеваниях. Об этом можно судить из предлагаемых рецептов.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. 1 столовую ложку травы залить стаканом кипятка, настоять 4 часа, процедить. Принимать по четверти стакана 3–4 раза в день. (В зависимости от локализации рака и исходя из гистологии в каждую принимаемую порцию подмаренника вливаются травяные настойки. Например, при раке матки, желудка, метастазах в печень — по 30 капель или 1 чайной ложке настойки корней пиона уклоняющегося.)

РАК ЯЗЫКА. Полную чайную ложку свежей травы залить стаканом кипятка, настоять 15–20 минут, процедить и тёплым настоем долго полоскать рот, используя за день 6–8 стаканов. В каждый из них желательно добавить 1 чайную ложку настойки корней кровохлёбки, либо настойку водяного перца, а после полосканий пожевать маленький, с горошину, корень любистка.

РАК МАТКИ, ЭРОЗИЯ ШЕЙКИ МАТКИ, ЭНДОМЕТРИТ. 2 столовые ложки корней подмаренника варить 10 минут в 3 стаканах воды. Через 20–30 минут процедить и использовать для спринцевания. Перед этим влить в отвар 1 столовую ложку настойки почек чёрного тополя или зимолюбки.

РАК КОЖИ. Отжать из подмаренника сок и прикладывать к поражённой части примочку на 3–4 часа, меняя свежей примочкой — хорошо утоляет боль и действует противоопухолево.

КОЖНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ (экзема, нейродермит, псориаз, васкулиты, почесуха). На 1 стакан кипятка кладут 2 чайные ложки сушёной травы, настаивают 3–4 часа. Пить по трети стакана 3 раза в день, одновременно применяя наружные средства — мази, обмывания.

ОТЕКИ (сердечного и почечного происхождения). 1 столовую ложку травы заварить в 2 стаканах кипятка, настоять 4 часа в тепле. Принимать по полстакана 3–4 раза в день до еды.

СТЕНОКАРДИЯ. Столовую ложку сухих корней залить 2 стаканами кипятка, настоять 8 часов. Принимать по полстакана 2–3 раза в день. После 2–3 недель лечения сделать перерыв, перейдя на это время к другим травяным настоям.

ЭПИЛЕПСИЯ. 1 столовую ложку сухих цветков залить 2 стаканами крутого кипятка, закрыть крышкой и настоять 4–5 часов. Принимать по полстакана 3–4 раза в день.

* * *

В отношении противопоказаний подмаренник настоящий пока мало изучен. Онкологическим больным при понижении лейкоцитов менее 4 единиц лечение подмаренником надо временно прервать — до улучшения общего анализа крови. Полезный при лечении некоторых заболеваний почек, подмаренник не следует подключать для длительного лечения гломерулонефрита. При длительном применении подмаренника необходимо следить за давлением — могут наблюдаться подскоки кровяного давления у гипертоников. Подмаренник может способствовать сгущению крови.

Подмаренник цепкий

Не зря в народе прозвали его липучником — в захламлённых лесах, на сырых лугах, и, нередко, в плохо прополотом саду, к штанине или рукавам рубахи прилипнет длинный стебель с узкими мутовчатыми листьями — едва отдерёшь, будто клеем намазан — это и есть подмаренник цепкий. У него, как и у подмаренника настоящего, почти одинаковые листья, по 6–8 на луковках-узлах стебля. Цветки белые, мелкие, собраны в редкие пазушные полузонтики. По химическому составу подмаренник цепкий несколько отличается от своего собрата-красавца. И цветёт значительно дольше — я брал великолепные куртины — иначе не назовёшь густые заросли — в сентябре, в полном цвету и свежести.

Народная медицина использует подмаренник цепкий с глубокой древности как желчегонное, жаропонижающее, кровоостанавливающее, мочегонное, противовоспалительное, противоопухолевое средство. Ещё в Древней Греции и Древнем Риме растение употребляли при Укусах змей.

Ценится свежий сок травы — при эпилепсии. Порошок высушенной травы употребляют при болезнях печени, асците, скарлатине, женских болезнях, кишечных коликах, ревматизме, злокачественных опухолях. Местно — при кожных болезнях, сыпях, дерматомикозах. Настойку травы применяют при послеродовых осложнениях, переломах, вывихах, геморрое, при лепре (проказа), псориазе, экземе, волчанке. Траву применяют при новообразованиях желудка, эндометриозе. Сок травы, горячий настой травы принимают внутрь и наружно при фурункулёзе, кожных сыпях. Порошком травы присыпают раны.

Подмаренник цепкий я назначаю при злокачественных заболеваниях, но трава бывает востребована и при женских болезнях, цистите, анурии (недостаточное образование мочи почками), заболеваниях суставов.

АРТРИТ. Пятую часть стеклянной банки наполнить травой, доверху налить водку, настоять 2–3 недели. Больные суставы растирать 2–3 раза в сутки. Обычно при комплексном лечении. В конце концов, полезно принимать и настой травы из расчёта 2 чайные ложки на стакан кипятка, настоять несколько часов, пить по четверти стакана (и делать настойкой натирания).

АНУРИЯ, ЦИСТИТ. Истереть траву в порошок. Принимать по 1 чайной ложке 3 раза в день, запивая водой. Действие ощущается уже через день-два.

РАК МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. Заварить в стакане кипятка 4 чайные ложки сушёной травы, настоять 3–4 часа, процедить. Принимать мелкими глотками в полугорячем виде по 1/4 стакана. Если принимаются другие настои и настойки, чтобы не было излишней жидкости, можно принимать и порошок травы по 1 чайной ложке 3 раза в день, запивая водой или назначенным травяным настоем.

* * *

Противопоказания сходны с противопоказаниями подмаренника настоящего. С осторожностью применять при недержании мочи. Следить за содержанием протромбина в крови.

Подснежник воронова

Растение редкое, занесённое в Красную книгу. Очень ценное. Препараты из луковиц и листьев дают эффективное лечение таких заболеваний, как миастения, миопатия, полиневриты, последствия перенесённого полиомиелита, острого нарушения мозгового кровообращения.

* * *

Препараты подснежника Воронова противопоказаны при эпилепсии, гиперкинезах, бронхиальной астме, стенокардии, брадикардии. С большой осторожностью надо относиться и к некоторым другим родственным видам подснежников.

Подорожник большой

Подорожник, вечный спутник человека, шагнувший вместе с ним в эпоху завоеваний в Америку, где его прозвали «след белого человека», растущий на всех континентах, с незапамятных времён вошедший в лекарственную сокровищницу народов всех стран, сегодня знаком даже малышу, который на полученную во время игры царапину первым делом лепит лист подорожника.

Нет необходимости повторять хрестоматийные истины и говорить о том, как подорожник лечит раны, болезни лёгких, язвенную болезнь желудка, печень и почки. Способы применения можно найти в любой книжке по траволечению, на протяжении многих десятилетий, словно под копирку, переписываются одни и те же рецепты. В своей книге «Одолень-трава» я привёл наиболее интересные рецепты по лечению подорожником рака желудка, рака лёгких и другие полезные сведения. Давно это было, только когда разрешили публикацию подобных книг. Но о подорожнике все не расскажешь, и многое, как говорится, осталось «за бортом».

Я и сейчас остановлюсь только на самых любопытных моментах. Казалось бы, наши биохимики нашли в подорожнике все его составляющие вещества, действующие на человеческий организм оздоравливающе. Это кремниевая кислота и каратиноиды. Но до сих пор ни в одной, даже самой оснащённой химической лаборатории не удалось создать химическим путём соединение сродни простому, самому обыкновенному подорожнику.

Любопытные сведения я почерпнул у кандидата медицинских наук С. И. Ильиной. Она рассказывает, как в Запорожской Сечи, когда послов отправляли на важные переговоры, настоем подорожника «отваживали» от курения трубки, чтобы послы «соответствовали» задачам, которые стояли перед ними, особенность этой рецептуры состояла в том, что «… собирать листья подорожника надо после дождя, когда они обсыхали, обветривались. Оборвать черешки и сушить в тени, затем заваривать в глиняном кувшине большую щепоть. Пить понемногу, но часто, в течение дня, пока не наступит ночь». В зависимости от продолжительности питья пропадает (на тот или иной срок) желание курить.

А вот полезные рецепты.

ВОДЯНКА. Сначала надо съесть несколько сухариков из любого хлеба (серого, белого, чёрного) без всякого питья, затем съесть листья от 5 до 10 штук за один приём. В течение часа воздерживаться от питья. Процедуру повторить ещё 2–3 раза. Излечивает водянку любой (даже опухолевой)этиологии.

БРОНХИТ, БРОНХИТ КУРИЛЬЩИКА, АСТМА, КАШЕЛЬ. Взять 6–7 листьев или 2 столовые ложки сухого сырья и залить стаканом кипятка. Остудить. Не цедить! Пить по 1 столовой ложке 6–7 раз в день. На ночь и утром натощак выпить по четверти стакана настоя.

ИМПОТЕНЦИЯ. Если удастся найти сухие стрелки подорожника, растущего в расщелинах камней, соберите их. С осенних дней до апреля заваривайте вместе с семенами 1 столовую ложку на полтора стакана кипятка. Настаивать 10–15 минут. Пить по полстакана в день 3–4 раза. Мужчинам после 35 лет пить настой не только ради лечения, но и для профилактики неприятности с простатой, сбоев с потенцией.

В старину это был строго хранимый арабскими и персидскими врачами секрет. Остаётся тайной, как прознали о нём монахи с Соловецких островов. Они собирали из расщелин камней стрелки подорожника, продавали в аптеки России и других стран, выручая при этом большие деньги.

КЛИМАКС. Обильные менструации и кровотечения, сопровождающиеся болями, плохим настроением, депрессией, все это отрегулируется отваром семян подорожника. Для этого 1 столовую ложку семян залить 1 стаканом кипятка и на водяной бане парить не более 5 минут на самом маленьком огне. После остывания пить по 2 столовые ложки 4 раза в день. Можно 2–3 дня отвар хранить в холодильнике. Пить отвар тёплым, добавив чуток кипятка. Такой отвар годится и при климаксе у мужчин.

БЕСПЛОДИЕ. Отвар из семян подорожника эффективен при женском бесплодии, если оно вызвано воспалительным процессом в трубах. Готовить отвар как при климаксе: 1 столовая ложка семян на стакан кипятка. В дополнение к нему я подключал каплями настойку боровой матки или грушанки. В результате лечения молодые женщины обретали счастливое материнство, а я шесть или семь раз становился «дедушкой».

* * *

У подорожника, казалось бы, самого безобидного растения, тоже имеются некоторые противопоказания. От него необходимо отказаться, если у больного имеется склонность к тромбообразованию. Замечено, что особенно сгущает кровь сок подорожника. Нежелателен он и при гастритах с высокой кислотностью. Амирдовлат Амасиаци считал, что «подорожник вреден для мозга, в особенности семена». Он предлагал устранять это вредное действие фиалкой.

Подсолнечник

В Европе подсолнечник впервые расцвёл в ботаническом саду Мадрида. Испанцы после открытия Америки привезли его как трофейный цветок. И долгое время никто не знал, на что он годится. Сначала немцы из жареных семечек попробовали готовить кофе — никто не стал его пить. Англичане стали отваривать головки для овощных блюд — есть их никто не стал. Из истории известно, что в 1842 году помещик Африкан Терентьев купил у графа Шереметьева слободку Алексеевку в Воронежской области, и один из его крепостных испытал семена на маслобойке. И получил такое золотистое, душистое и вкусное масло, которого ещё никто не едал. А потом пошла мода и лузгать семечки на посиделках. Для русской деревни это было средство от скуки, и никто не задумывался над тем, что магния в семечках в шесть раз больше, чем в ржаном хлебе, и что содержится большое количество ценнейшего витамина Е, а в оболочке семян — некоторые необходимые организму энзимы.

Потом и в лечебных целях стали использовать: пили спиртовую настойку цветков от малярии и для улучшения аппетита, а корзинки настаивали на самогоне для растираний суставов при ревматизме.

Чем дальше, тем больше находит подсолнечник применение в народной медицине. Некоторые рецепты действительно очень эффективны, да не всем известны. Рассмотрим некоторые из них.

АНКИЛОЗ (неподвижность сустава из-за патологического сращения суставных поверхностей). Взять 6 цветочных корзинок молочной спелости, искрошить их и за лить 1 л водки. Настоять на солнце 40 дней. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день за 20 минут до еды. Лечение длительное. (Я бы порекомендовал одновременно делать натирание настойкой ягод красной бузины.) Подвижность сустава начнёт восстанавливаться уже через два-три месяца, но понадобится ещё столько же времени, чтобы полностью восстановить его функцию.

ВЕГЕТОСОСУДИСТАЯ ДИСТОНИЯ. Стебель во время цветения, пока ещё мягок, мелко нарезать, высушить. Заваривать щепотку в стакане кипятка, настаивать 20 минут. Процедить. Выпить в 1–2 приёма — очищает сосуды, снимает головные боли и нервные расстройства.

ТРОФИЧЕСКАЯ ЯЗВА. Смешать 1 столовую ложку свежего нерафинированного подсолнечного масла, 1 столовую ложку мёда и 1 столовую ложку настойки прополиса. Полученную смесь накладывать на язву, на следующие сутки сменить. Мазь эффективна, язва заживает.

ЗАЩЕМЛЕНИЕ НЕРВА ПОСЛЕ ПАДЕНИЯ. Приготовить смесь подсолнечного масла с топлёным воском и вощиной, намазать длинную полоску хлопчатобумажной ткани, наложить пластырь вдоль всего позвоночника — от шеи до копчика. Обычно хватает одного раза, если пластырь держать весь день, но при необходимости повторить процедуру три раза.

ПОЧЕЧНО-КАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ. Раздробить 3–4 корня подсолнуха. 1 стакан залить 3 л воды и варить после закипания 3 минуты. Процедить, но корни не выбрасывать. Выпить весь отвар за трое суток (по литру в день). Эти же корни варить так же в 3 л воды, но уже 15 минут. Процедить, а корни выбросить. Выпить отвар за трое суток. Камни выходят с мочой как хлопья.

При необходимости курс лечения повторить. Корни варятся 2 раза. При отложении солей используют эту же методику. Соли начинают выходить только через 2–3 недели. Сначала моча будет ржавого цвета, но лечение не прекращать, пока она не станет прозрачной, как вода. Во время очищения нельзя есть острые, кислые и солёные блюда.

РАК ЖЕЛУДКА (вариант одного из рецептов). Из высушенных краевых лепестков взять 1 столовую ложку на 1 стакан воды, довести до кипения, но не варить, настоять 1 час. Пить по одной трети стакана 3 раза в день за полчаса до еды в горячем виде. (В других вариантах отвар готовится на натуральном молоке, или из листьев и краевых цветков готовят водочную настойку, а также используют мелкие пазушные корзинки.)

* * *

Противопоказаний пока выявлено немного. Известно, что ни в коем случае нельзя повторно жареным подсолнечным маслом пользоваться в кулинарии — образуются вредные для организма вещества.

Полынь горькая

Научное название полыни — артемизия. Её назвали так в честь богини девственницы Артемиды. Предполагают, что она первая открыла лечебные свойства полыни.

Ассирийцы называли полынь — «сердце орла», веря в то, что если пить настой полыни, то человек станет сильным, не знающим страха. У римлян победителям состязаний на квадригах на Капитолийском холме давали выпить чашу с настоем полыни — это была победная награда, она дарила силы и здоровье на следующую победу.

Очень ценил полынь Авиценна, применяя её при нарушениях пищеварения, повышенной кислотности, гастритах, заболеваниях печени и желчного пузыря, желтухе, ломоте суставов. Амирдовлат в книге «Ненужное для неучей» утверждал: «Ес ли смешать сок горькой полыни с мёдом и дать выпить, то это снадобье поможет при желтухе, инсульте, уменьшит тяжесть в голове, не даст человеку быстро пьянеть. Улучшает остроту слуха, лечит воспаление мочевого пузыря, геморрой, печень, успокаивает нервную систему и уносит с собой меланхолию, регулирует менструальный цикл».

В старину, причём в разных странах, существовало поверье: если во время путешествия надеть полынь в виде кушака или держать в руке — не утомишься и будешь иметь удовольствия, а чтобы не чувствовать усталость при ходьбе — вымыть ноги отваром полыни.

Широко применяли знахари полынь для лечения многих женских болезней. До сих пор одним из радикальных средств для лечения рака матки в народной медицине остаётся полынь. Считается, что если сварить её в виноградном вине и принимать в малых дозах, то можно предотвратить выкидыш. Украинские знахари настоем полыни и чабреца лечили все стадии алкоголизма. В годы советской власти, когда всякое знахарство каралось уголовным преследованием, рецепт был утерян, и сейчас делаются попытки восстановить его. Вот один из примеров.

АЛКОГОЛИЗМ. Смешать 1 часть полыни и 4 части чабреца. 3 чайные ложки смеси берут на полтора стакана воды, кипятят на слабом огне 20 минут, настаивают полчаса. Принимают по 1 столовой ложке 3 раза в день перед едой. Лечение ведётся 2–3 месяца. Об эффективности этого лекарства пока ничего не могу сказать, потому что не испытывал на деле.

ТРОМБОФЛЕБИТ. А это действительно испытанное средство, хотя бы с чужих слов: горсть свежей толчёной полыни с цветками смешать с 0,5 л простокваши, нанести смесь на марлю и приложить к ногам, где вены сильно расширены. Ноги приподнять на подушку и прикрыть полимерной плёнкой на 30 минут.

ПАРАЛИЧ. При параличах перемешать поровну полынь, крапиву и подорожник. Заваривать в фарфоровом чайнике из расчёта 1 чайная ложка на стакан кипятка, пить по 1 чашке 2 раза в день. При гипотонии употреблять в небольших дозах — по 1 столовой ложке 3 раза в день (как тонизирующее средство).

ИНСУЛЬТ. Смешать в равных частях по объёму сок из травы полыни и мёд. Принимать по 1 чайной ложке 4–5 раз в день.

БОЛЬ В ОБЛАСТИ МАЛОГО ТАЗА. Кладут 3 столовые ложки сухой измельчённой травы полыни и 3 столовые ложки коры ивы в 1 л белого виноградного вина. Варить 5 минут. После остывания принимать по 150 мл 3 раза в день до еды. Перед сном лежать с грелкой 30 минут (если нет онкологии).

* * *

У полыни горькой есть свои побочные проявления. Пользоваться ею желательно не больше месяца, после чего необходимо сделать перерыв как минимум на две недели, а лучше на месяц, иначе можно заработать расстройство нервной системы, а при завышенных дозах даже конвульсии, судороги, галлюцинации на грани помешательства, особенно когда некоторые непродуманные рецепты рекомендуют сок майской полыни в больших количествах. Даже Авиценна, высказавший немало похвальных слов в адрес горькой полыни, отмечал, что «горькая полынь иссушает голову, а её выжатый сок вызывает головную боль».

Полынь горькую нежелательно применять при малокровии, хотя и существуют такие рекомендации. Следует избегать её при энтероколитах. Противопоказана горькая полынь при язве желудка и гастрите с низкой кислотностью — ещё больше её понизит. Противопоказана она при кровотечениях, иногда сама может спровоцировать их. Довольно часто проявляется аллергия на полынь, причём она может возникнуть неожиданно — никогда прежде не проявлялась и вдруг — слезы, насморк, удушье и прочее при одном только запахе.

Противопоказана горькая полынь при беременности и в период вскармливания грудью младенца.

Полынь обыкновенная — чернобыльник

Полынь обыкновенная — непритязательное дитя бурьянов, охотно заселяет пустыри, огороды, лесополосы между пашнями, лесные опушки, берега прудов, речек и рек, где обычно селится человек. Она, подобно крапиве, держится поближе к людям. Природа, видимо, распорядилась так, чтобы она всегда была под рукой. Простыл человек, поднялась температура, бронхит у него или пневмония, а не дай бог, туберкулёз или астма — чернобыльник рядом. Или у вас нервное истощение, депрессия или анемия — полынь обыкновенная поможет. Воспалился мочевой пузырь — чернобыльник тут как тут при циститах, уретритах, а женщинам наладит менструальный цикл, послужит абортивным средством и вместе с тем — при угрожающем аборте, токсикозе беременности; при необходимости отвар корневищ может послужить для возбуждения родовых потуг.

Обнаружились у человека более серьёзные болезни — судороги, конвульсии, эпилепсия, параличи, воспаление и водянка мозга — и в этих случаях не стоит пренебрегать чернобыльником. А при онкологических заболеваниях тем более. Он мне давно помогает в нелёгкой борьбе с раком пищевода, желудка, кишечника, прямой кишки, поджелудочной железы, при раке матки. Использую я его и при разных видах саркомы.

В книге «Одолень-трава» я немало места уделил чернобыльнику и дал свои методы лечения травой и корнями рака разных органов, но некоторые рецепты, надеюсь, и здесь не будут лишними. И не только по онкологии. Ко мне иногда смущённо обращались мужчины среднего возраста, интересуясь, нет ли растительных средств, усиливающих мужскую силу. Ничего зазорного в этом нет. Конечно, сейчас существуют всякие секс-шопы, виагра и другие специальные лекарства, но не каждый мужчина пойдёт в эти спецмагазины, нелегко преодолеть своё самолюбие и велика в народе сила инерции, порождающая недоверие к непонятным «западным штучкам». А у народа испокон века были свои испытанные средства. Да тот же самый чернобыльник давал неплохие результаты при стойкой импотенции.

ИМПОТЕНЦИЯ. Осенью собрать семена полыни обыкновенной, высушить. 1 чайную ложку семян залить стаканом крутого кипятка, закрыть крышкой и настоять 10 минут, процедить. Выпить в несколько приёмов в течение дня. (Мне говорили, что лучше всего принимать по четверти стакана утром натощак и в обед, а половину стакана — часа за два до сна.)

ЭПИЛЕПСИЯ. Заваривается 1 столовая ложка измельчённой травы в полутора стаканах кипятка. Настаивать в тепле, укутав, 4 часа. Принимать по четверти стакана 3–4 раза в день. (На мой взгляд, средство больше подходит при эписиндроме, незапущенных формах эпилепсии, но при наследственной только принесёт некоторое облегчение.)

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ. Залить 50 г сухого корня чернобыльника 2 л белого сухого вина, варить в закрытой посуде 10 минут, в кипящий отвар добавить стакан мёда. Охладить, процедить. Принимать по стакану утром натощак. Или по столовой ложке 3 раза в день за полчаса до еды — выбрать индивидуальную форму приёма.

Делают и так: 100 г сухих корней заливают 2 л вина, настаивают 15 дней, добавляют после процеживания 100 г мёда. Принимают по 1 чайной ложке каждый час.

АМЕНОРЕЯ. При остановке и скудных менструациях 1 столовую ложку измельчённых корней залить двумя стаканами кипятка, настоять в закрытой посуде 4 часа, процедить. Принимать по полстакана 2 раза в день до еды. Чернобыльник считается одной из лучших трав при лечении женских болезней. Интересно то, что растения с зелёными стеблями останавливают обильные менструации, а красностебельные — наоборот, вызывают их при задержке. При сборе чернобыльника обратите внимание на цвет стеблей, при необходимости можете собирать их отдельно. Если не удалось это сделать, то лучше воспользоваться листьями: 1 столовую ложку залить полутора стаканами кипятка, настоять 4 часа, пить по четверти стакана 3–4 раза в день за полчаса до еды как при аменорее, так и при дисминорее.

УГРОЗА ВЫКИДЫША. 1 столовую ложку корней на 0,5 л красного сухого вина, довести до кипения, варить 15–20 минут, настоять 2 часа. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день до еды.

УСИЛЕНИЕ ПОСЛЕРОДОВЫХ ВЫДЕЛЕНИЙ. Высушенные верхушки травы растереть в порошок. 1 столовую ложку порошка залить стаканом кипятка на ночь, утром процедить. Принимать по полстакана 3 раза в день до еды.

РАК МАТКИ. 3 чайные ложки сухой измельчённой травы настаивать 4 часа в закрытой посуде, процедить. Пить по четверти стакана 3–4 раза в день за полчаса до еды. Или: 1 столовую ложку корней настаивать 4 часа в двух стаканах кипятка. Пить по полстакана 2 раза в день, предпочтительно до еды. Одновременно делать спринцевания. Для этого 2 столовые ложки измельчённого корня залить 1 стаканом прохладной кипячёной воды, настаивать в плотно закрытой посуде 10 часов, затем прокипятить на слабом огне 10 минут, настоять в тёплом месте 2 часа, процедить. Влить в этот отвар тёплой кипячёной воды, доведя объём до 1 л. Использовать на одну процедуру спринцевания.

РАК ПИЩЕВОДА, ЖЕЛУДКА, КИШЕЧНИКА, ПРЯМОЙ КИШКИ, САРКОМА. Указанный отвар (из 2 столовых ложек полыни на стакан воды) принимать по 2 столовые ложки 3 раза в день за полчаса до еды как общее противоопухолевое средство.

* * *

Все части растения, по моим многолетним наблюдениям, не имели никаких побочных проявлений. Наверное потому, что чернобыльник не любит длительного применения: через месяц необходимо на такой же срок сделать перерыв. При необходимости лечение продлялось и на два месяца. Важно не превышать дозировку и быть осторожным при беременности.

Помидор съедобный — томат

Он пожаловал к нам из Центральной Америки раньше картофеля, кукурузы и табака. Во Франции его рассаживали вокруг беседок как украшение. В Германии, где климат посуровей, высаживали в горшках на подоконнике в качестве цветка. В Англии и России это уже было экзотическим оранжерейным растением. Когда двести лет спустя его повезли из Европы обратно в Америку, там он не был узнан, к тому же считался сильнейшим ядом. Когда в 1776 году, в самый разгар войны североамериканских колоний за свободу, главнокомандующему Джорджу Вашингтону подали пикантное, аппетитно пахнущее жаркое, обильно сдобренное помидорами, он не подозревал, что его собираются отравить. Повар-предатель нисколько не сомневался, что удался коварный замысел, и даже послал англичанам донесение о смерти Вашингтона. По чистой случайности донесение адресату не попало, более сорока лет пролежало спрятанным в тайнике, пока тайна не раскрылась. А будущий первый президент Америки с той поры полюбил томаты.

Ещё сравнительно недавно, в 1811 году, в немецком ботаническом словаре было написано: «Хотя помидоры считаются ядовитыми растениями, в Португалии и Богемии делают из них соусы, отличающиеся крайне приятным кисловатым вкусом».

Ядовитыми оказались не плоды, а стебли — их считают лучшим растительным ядом для многих садово-огородных вредителей, а что касается плодов — сейчас существует около двух тысяч сортов помидоров, и редкий стол обходится без салатов с томатами, соусов, различных приправ или томатного сока.

В данном случае нас интересуют не гастрономические, а лечебные качества помидоров. Естественно, их пристально изучали и обнаружили большое количество калия, каротина, большой группы витаминов, аскорбиновой кислоты, пектиновые вещества, пурины, клетчатку, магний, железо, йод, азотистые вещества, алкалоиды, лимонную и яблочную кислоту, никотин, ликоподии и прочие химические ингредиенты, более интересные для учёных, чем для больного человека. Конечно, любознательному человеку интересно узнать, что при малокровии важную роль играют не только хорошо усвояемые соли железа, но и фолиевая кислота, которая к тому же способствует нормализации холестеринового обмена.

Благодаря наличию витаминов и солей калия помидоры необходимы больным с нарушением обмена веществ, с заболеваниями сердечно-сосудистой системы. А значительное количество пектиновых веществ способствует снижению уровня холестерина в крови. Томаты и томатный сок обладают гипотензивным действием (снижающим кровяное давление) и, возможно, в связи с этим облегчают состояние при глаукоме.

В народной медицине свежие помидоры и томатный сок используют для лечения авитаминозов, нарушения обмена веществ, при заболеваниях сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта, для усиления деятельности половых желез, при болезнях печени. Свежий сок — эффективное средство для лечения язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки…

Пока нет специально разработанных рецептов, поэтому при вышеуказанных болезнях рекомендуют:

— Свежие помидоры. Употреблять по 200–300 г в день, разделив на 2–3 приёма.

— Свежий сок из помидоров, смешанный с мёдом. Принимать по 1/3 стакана 3 раза в день.

— Мякоть помидоров. Употреблять в виде маски в течение 10–15 минут.

* * *

Противопоказаний к помидорам тоже существует предостаточно. Увлекаться ими не рекомендуют при желчно-каменной болезни (как сильное желчегонное, они могут погнать камни, которые, не дай бог, застрянут в желчном протоке — тогда без операции не обойтись; другая опасность — если камни имеют фосфатную или оксалатную природу, может произойти их дальнейший рост).

Консервированные, солёные и маринованные помидоры не рекомендуются при заболеваниях почек и сердечно-сосудистой системы, в том числе при гипертонической болезни. Не только консервированные, но и варёные помидоры, особенно в сочетании с сахарами и крахмалами (в супах, салатах, с картофелем и пр.) способствуют образованию камней в почках и в мочевом пузыре. Не за одну ночь вы растают камни — они растут месяцами и годами, а потом мы удивляемся — откуда они взялись? Я ведь пишу о противопоказаниях для тех, кто серьёзно относится к своему здоровью. Еда, в конечном счёте — тоже лекарство. А пренебрежительное отношение к противопоказаниям — э-э, ерунда все это, ем, что хочу и как хочу, и со мной ничего не будет — обязательно приведёт через некоторое время к врачу с гастритом, панкреатитом или чем-нибудь ещё посерьёзнее. Это относится и к самолечению «безвредными» травами, не только к помидорам или другим овощам, фруктам.

Тем, кто следит за своим здоровьем, необходимо запомнить, что помидоры несовместимы с яйцами, мясом и рыбой. И что весьма важно: придётся забыть о хлебе на весь «помидорный» период. Я не призываю отказываться от хлеба — ешьте на здоровье, но только не вместе с помидорами — делайте между ними перерыв хотя бы на несколько часов. Что же касается томатного сока — его желательно пить через полчаса после приёма пищи.

Существовало мнение о неблагоприятном влиянии томатов на организм при щавелевокислом диатезе, но это не получило подтверждения (к примеру, в помидорах щавелевой кислоты в 64 раза меньше, чем в шпинате, и в 8 раз — чем в свёкле). Так что больным подагрой помидоры не грозят. Конечно, если употреблять их умеренно.

Портулак огородный

Об этом огородном растении надо хоть немного рассказать хотя бы потому, что Гиппократ был уверен, что портулак очищает организм и настоятельно советовал его пожилым людям, тем, кто перенёс тяжёлые заболевания, и чтобы очистить организм от всех вредных последствий.

В научной медицине семена и траву применяют как глистогонное средство. Настой травы можно использовать и как заменитель адреналина. Научно доказано, что растение усиливает сердечную деятельность и повышает артериальное давление при значительном сужении сосудов — неплохое средство при гипотонии.

В народной медицине свежий сок применяют при лечении заболеваний глаз. Портулак находит применение при трихомонадных кольпитах, сифилитических артритах, болезнях печени, почек, параличах инфекционного происхождения.

Портулак ценится как пряное и витаминное растение. Оказывает лечебное действие при лёгкой форме сахарного диабета. Это природный естественный инсулин. Диабетикам полезно употреблять его в пищу, а зимой пить настой листьев и стебля.

В прошлых столетиях в русской армии, в закрытых пансионах, в мужских монастырях и обителях портулак выращивали начиная с ранней весны в парниках, огородах и невероятно широко использовали зелень в салатах, делали начинку для пирогов, варили компоты. Секрет прост: портулак препятствует половому возбуждению. А китайская медицина и по сию пору использует портулак для лечения гонореи. Отвар семян применяют при расстройстве желудка, как кровоочистительное средство и при псориазе.

Рецепты традиционные: сок пьют по столовой ложке 3 раза в день при заболевании почек, печени и мочевого пузыря. Траву, свежую летом, а сухую зимой, заваривали в стакане кипятка, настаивали час-два, дневная норма. Семена — чайная ложка на стакан, покипятить 2–3 минуты, по трети стакана 3 раза в день — при расстройстве желудка, как жаропонижающее и при пиодермии — заболеваниях кожи. Растерев семена в порошок, смешивают с жиром, вазелином — для втираний при псориазе, при лечении наружных опухолей (с приёмом отвара семян внутрь).

Я не стал разделять рецепты, так как, повторяю, они традиционные, даже уточнил бы — приблизительные, так как вариаций существует много.

Из самого текста можно сделать вывод, что портулак противопоказан при гипертонии. Нельзя пользоваться им при брадикардии — низком пульсе. Противопоказан портулак при сильном нервном напряжении, склонности к судорогам, диэнцефальных пароксизмах.

Почечный чай — ортосифон тычиночный

Почечный чай широко применяют во многих странах мира при острых и хронических заболеваниях почек, сопровождающихся отёками, альбуминурией (присутствие сывороточных протеинов в моче), азотемией (уремией) и образованием почечных камней; при циститах, пиелоциститах, уретритах, атеросклерозе мозга с нарушением функции почек и печени. У нас не растёт, приобрести можно только в аптеках или по переписке.

* * *

Не рекомендуется при гиперацидных гастритах и язвенной болезни желудка с высокой кислотностью, а также гипотонии.

Проломник северный

Сначала было заочное знакомство. Где-то я вычитал про необычное растение, которым пользуются северяне и сибиряки вплоть до Дальнего Востока и Камчатки. Примешь положенное количество настоя этого растения и чуть ли не год можно не пользоваться никакими контрацептивами. Сильнее действовал такой настой на женщин. Результат — стопроцентный. Как же так? Почему я не знаю такую траву? Столько редких и экзотичных растений встречал на просторах родной Башкирии, а проломник не попадался. Может быть, и попадался, но проходил мимо, не заметив, хотя почти наизусть знал его описание.

И всё-таки свидание состоялось. Когда показали мне его, чуть ли не носом ткнули, запомнил на всю жизнь продолговатые, собранные в розетку, листочки, тесно прижатые к земле, и несколько стебельков с зонтиками мелких-белых цветков. Это было на каменистом склоне горы, круто обрывающемся к реке Уфимке. Проломник мне не был нужен, я не стал собирать его, но был восхищён этим небольшим участком на склоне горы, где под елями и соснами росли довольно редкие для наших мест линнея северная, воронец колосовидный, воронец красноплодный, грушанка, плаун булавовидный, княжик сибирский. Ещё и ещё раз я восхищался богатым и щедрым миром растительности нашей республики.

Что касается проломника северного, его настой или отвар пьют при болях в сердце, нервных расстройствах, почечно-каменной болезни, ломоте в суставах, гастралгии, зобе, лихорадке, как противосудорожное при эпилепсии, полощут горло при ангине, спринцуются при белях у женщин. Контрацептивное действие после отмены настоя в последующем нисколько не мешает наступлению беременности.

ЭПИЛЕПСИЯ. Заваривают 1 столовую ложку высушенной травы проломника северного в стакане кипятка, настаивают 1 час и после процеживания пьют по трети стакана 3 раза в день, предпочтительно до еды.

* * *

Проломник северный противопоказан при беременности, так как действует абортивно.

Просвирник круглолистный

Это сорное растение, должно быть, знакомо многим. Не только потому, что иногда зелёным ковром расстилается где-нибудь на пустоши, что в городе, что на селе, частенько поселяясь в садах и огородах, либо на лужайках. А знакомо оно обычно с детства. Мы, мальчишки и девчонки, не зная лечебных свойств просвирника и его латинского названия, всегда знали, где он растёт, и на свой лад прозвали «калачиками». Отцветая, просвирник образует круглые плоские семена, похожие на крохотные зелёные калачи, и свеженькие, только что «испечённые», они своеобразно вкусны и питательны. Может быть потому, что с весны до осени мы поедали всякие дикорастущие съедобные травы, болели редко в суровые военные годы. Ведь заодно получали не только дополнительную пищу, но и лекарства вместе с витаминами.

В плодах просвирника есть аскорбиновая кислота, каротин, углеводы, до 18 % жирного масла, много полезной для желудка слизи.

В народной медицине отвар всего растения пьют при кашле и туберкулёзе. Отвар семян — мягчительное при бронхитах, кашле, катаре верхних дыхательных путей, изъязвлении мочевого пузыря, иногда при геморрое. Женщины пьют отвар травы при нарушении менструального цикла. В давние времена просвирник использовали при гонорее. Крепким настоем листьев полощут рот и горло при воспалительных заболеваниях. Отвар листьев в молоке довольно эффективное средство при затруднённом мочеиспускании. Настой листьев с цветками в народе считали хорошим противопоносным и вместе с тем слабительным средством.

На всякий случай, если найдутся любители просвирника, даю пару рекомендаций.

КАШЕЛЬ. 1 столовую ложку листьев с цветками залить стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 2 столовые ложки 3 раза в день.

ОСИПЛОСТЬ ГОЛОСА. 1 чайную ложку семян варить в стакане воды 5 минут на слабом огне. Принимать по 1/3 стакана 3 раза в день.

Просо посевное

Любопытство взяло, нет, прямо-таки за живое задело: пролистал два десятка довольно солидных, большими тиражами изданных популярных лечебников — нет в них ни слова о просе. Будто бы и вовсе оно не лечебное. Впору обратиться к какой-нибудь кулинарной книге, да ведь там только про кашу напишут. И ни слова о том, что просом можно лечить гипертонию, панкреатит, сахарный диабет, печень, мочевой пузырь, геморрой и даже куриную слепоту, не говоря уж о некоторых других болезнях.

Да, просо — древняя культура, хотя и находится далеко позадипшеницы, ржи, риса, гречихи, овса и других злаков. Без особого восторга, буднично пишет о нём Авиценна: «Просо несколько вяжет и сушит без ния. Просо — хорошая припарка для успокоения боли, но если его не приготовить должным образом, оно порождает дурную кровь. Оно менее питательно, чем другие злаки, из которых изготовляют хлеб. Питательность проса невелика: оно вязкое и до некоторой степени разрежающее, как утверждают некоторые врачи, но если отварить его в молоке или в воде с пшеничными отрубями, то питательность его превосходна, особенно если его есть с топлёным маслом или миндальным маслом. Просо, будь то его вещество или хлеб из него, медленно переваривается в желудке. Из проса делают припарки при рези в кишках. Оно гонит мочу».

Если уж на то пошло, белка в нём не меньше, чем в манной крупе, по крахмалу просо мало чем уступит рису; калия — в 4 раза, а магния — в 5 раз больше, чем в рисе. Только по аминокислотному составу просо уступает белкам гречневой крупы. Зато в нём много никотиновой кислоты, есть в нём медь и марганец. Поэтому пшено обладает способностью стимулировать кроветворение. А магний способствует расширению коронарных сосудов. Думается, вполне достаточно первоначальных сведений о незаслуженно забытом пшене.

Ценное свойство пшена — выводить из организма остаточные антибиотики и продукты их разложения (при приёме антибиотиков ежедневно надо есть пшённую кашу). Выявлена особенность пшена уменьшать рост опухолей. Его мочегонное действие помогает при лечении водянки. Можно ещё добавить, что пшено сращивает сломанные и укрепляет повреждённые кости, заживляет раны и способствует соединению мягких тканей, укрепляет мышечную систему.

Как говорится, голь на выдумки хитра. При некоторых заболеваниях, когда вроде бы все средства испробованы, кто-то вспомнил о просе. Попробовал лечиться с его помощью — глядишь, помогло. Рассказал родственнику или соседу, тот своим знакомым, а там и пошёл гулять из уст в уста пока ещё никому не знакомый, не истрёпанный по разным лечебникам новый рецепт.

ГИПЕРТОНИЯ. Сейчас и не установить, кому первому пришло в голову взять 3 столовые ложки крупы, промыть, высушить, истолочь в ступке и съесть это за день, не запивая водой. И через несколько дней довести рабочее давление до нормы, хотя ещё недавно оно доходило (систолическое) до 200. За три-четыре недели лечения удалось «успокоить» кровяное давление на длительное время.

Муку готовить впрок не следует — утрачивает качества. Впрочем, при гипертонии можно заваривать зерно как чай — оказывает аналогичное действие.

САХАРНЫЙ ДИАБЕТ. Полезно один раз в неделю принимать 1 столовую ложку пшённой муки. Пользоваться этим средством длительно.

ПАНКРЕАТИТ. 1 стакан пшена залить в кастрюле (эмалированной, без сколов) 2 л воды и варить до полного разваривания крупы. Отдельно на тёрке натереть около стакана тыквы, добавить в кастрюлю с пшеном и варить ещё 20 минут. Слегка посолить, влить 1 чайную ложку подсолнечного масла и съесть на ужин. Длительность лечебного курса 3 недели. Через 10 дней повторить целебный ужин — воспалительный процесс в тканях поджелудочной железы уменьшается.

КУРИНАЯ СЛЕПОТА. Подмечено, что блюда из пшена придают глазам зоркость в сумерки и в ночную темень. Готовить так же, как при панкреатите.

ЗАКУПОРКИ В ПЕЧЕНИ И ЖЕЛЧНОМ ПУЗЫРЕ. Для устранения таких закупорок и очищения от них перебранную от примесей крупу заливают водой, варят, не доводя до готовности. Посуду укутывают и несколько часов томят. Все это варево должно быть съедено в течение суток (в общей сложности должно получиться 3–4 небольшие порции, солить не рекомендуется). Подогревание не допускается — повторная тепловая обработка снижает лечебный эффект. При необходимости через неделю можно повторить.

БЕЛОК В МОЧЕ. Промыть пшено, затем залить его кипятком и помешивать до помутнения. Дать немного отстояться и перелить в стакан. Принимать настой равными частями несколько раз в день — количество выпиваемого особого значения не имеет. Продолжать лечение до получения результатов, а они не замедлят ждать себя, в ближайшее время анализы покажут, что белок в норме.

КОНЪЮНКТИВИТ. 1 столовую ложку крупы промыть, залить 1 стаканом воды, варить 10–15 минут, 2 часа настоять. Отваром промывать глаза до и после сна. Хорошо подходит лечение и детям.

ГЕМОРРОЙ. Приготовить 6–8 кг нелущенного зерна на курс. В трёхлитровую стеклянную банку насыпать на треть промытое зерно, доверху залить кипячёной водой, убрать в тёмное, прохладное место на 4 дня — в воду перейдут все целебные соединения. Пить по 200 мл 3 раза в день за полчаса до еды. Пока идёт лечение (на это уходит около четырёх дней), в другой банке готовить свежий настой, чтоб не прерываться. Курс 20–30 дней без перерыва. Узлы постепенно рассасываются, прекращается кровотечение. При необходимости, для полного закрепления полученных результатов, через неделю курс повторить.

ЦИСТИТ. Полстакана пшена промыть медленными движениями, чтобы только очистить от пыли и сора. Воду слить, а пшено переложить в литровую банку и налить стакан воды, сырой или кипячёной — неважно, чтобы только была комнатной температуры. И энергично взбивать рукой, мять пальцами. Вода сделается белесой — её и надо выпить всю. За день выпить сколько можется — ограничений нет. Боли в мочевом канале и пузыре прекращаются почти мгновенно. Частые позывы тоже перестают беспокоить. Для полного избавления от цистита пить надо хотя бы недели две, а из использованного пшена можно варить кашу — пойдёт только на пользу.

ЛИШАЙ. Его смазывают пеной, которая образуется при варке пшена. Помогает, особенно если это делать ежедневно.

* * *

На пшено часто пеняют, что горчит. Дело в том, что жиры, содержащиеся в пшене, довольно быстро окисляются, и крупа становится горьковатой на вкус. Так что при покупке требуйте не лежалое, а свежее зерно. При колитах, особенно у пожилых людей, пшено может вызвать запоры — это надо учесть и предпринять необходимые меры. При гастрите с повышенной кислотностью часто наблюдается изжога.

Прострел раскрытый — сон-трава

В лесу ещё местами лежит снег, а на проталинках и пригретых солнцем местах среди оживающей травы появляются мохнатые лиловые колокольцы — маленькие ростом, ещё без листьев — они вырастут позже. С ними связаны разные поверья, собирают цветы с разными наговорами и обрядами. Считается, что вся бесовская сила во главе с самим Сатаной боится той травы и бежит от неё на 12 вёрст. Избавляет сон-трава от дурного глаза, от порчи и всякого бесовского наваждения. В какой-то степени служит предсказательницей. Для этого брать цветок надо по утренней росе, подоткнув повыше юбки или закатав высоко штанины. Сорванный цветок надо сразу положить в холодную воду, где лежит он до полнолуния. Согнутый в стебле, он начинает шевелиться, и тогда на ночь вынуть его из воды, спрятать под подушку. Сны снятся только вещие. Если тебя ожидают счастье, удача, то приснится молодая девушка (или молодой мужчина), но если быть горю — увидишь во сне смерть.

Гаданиями я не занимался, но сон-траву люблю собирать до сих пор, соблюдая мудрые народные советы: в лес за сон-травой нужно идти только с лёгкими мыслями, не желая никому зла; срывая цветок, загадывать то, что больше всего заботит и тревожит.

Сон-трава в народной медицине считается успокаивающим и снотворным средством — отсюда и название травы.

В народной медицине отвар всей травы пьют малыми дозами при туберкулёзе лёгких, бронхите, бронхиальной астме, коклюше, при заболеваниях, вызванных поднятием тяжести — надсаде, а также при невралгии, мигрени, подагре, ревматизме. Отвар травы дают женщинам во время родов, чтобы уменьшить боль и ускорить роды, а также при заболеваниях женских половых органов. Успешно применяют зелье из травы для лечения спазмофилии («младенческое»). У народных целителей это одно из древнейших средств лечения импотенции.

ИМПОТЕНЦИЯ. Цветы надо срывать в бутоне. Не таскать их с собой, а сразу поместить в банку с водой. На пол-литра воды — 10 цветков. Дома довести до кипения, как остынет — процедить. Пить по 30 мл ежедневно. Можно заготовить лекарство впрок: дома достать бутоны из банки, сколько можно отжать сок в 0,5л водки, цветки поместить там же. Настоять 7 дней, процедить. Пить так же по 30 мл 1 раз в день.

МИГРЕНЬ. Измельчить 2 чайные ложки травы на 1 стакан холодной кипячёной воды, настоять 24 часа, процедить. Принять настой в течение дня глотками, дробными порциями (а в это время должна настаиваться следующая порция).

БЕССОННИЦА. 5 цветков залить 1 стаканом горячей воды, настоять 20 минут, процедить. Принимать по столовой ложке в вечерние часы (определить индивидуально количество приёмов, но не больше трёх раз).

ЭПИЛЕПСИЯ, ПАРАЛИЧ. 1 чайную ложку травы прострела раскрытого залить 2 стаканами кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по столовой ложке 3 раза в день вне зависимости от еды.

УСКОРЕНИЕ РОДОВ И УСПОКОЕНИЕ БОЛЕЙ. 2–3 цветка залить стаканом кипятка. Настоять до охлаждения. Пить по столовой ложке каждые 2 часа.

ГЛАУКОМА. Свежевыжатый сок смешивают с мёдом и пьют по 5 мл на приём, запивая водой.

* * *

Растение ядовитое. При высушивании ядовитость исчезает. «Сон-трава» противопоказана при невритах, гастритах — раздражает слизистую желудка, при беременности — абортивна. Нежелательно пользоваться травой при болезнях печени.

Пустырник обыкновенный

Признаюсь, сначала я не хотел включать это растение в книгу — настолько одно только его название, как говорят, в зубах навязло. Даже некоторые люди, никогда не касавшиеся проблем траволечения, при случае с видом знатока авторитетно рекомендуют: «У вас высокое давление? Обязательно попейте настойку пустырника, все как рукой снимет». Не зная при этом, что он может помочь только при начальной стадии гипертонии. «Ах, у вас сердце шалит? Так вам обязательно нужен пустырник. И никаких врачей не понадобится!».

Как часто даже очень хорошо знакомые люди вдруг открываются с неожиданной стороны. Что уж тут говорить о растениях…

Да, настой, настойку, экстракт пустырника часто используют при неврозах, гипертонической болезни, стенокардии, миокардите, пороках сердца, контузиях головного мозга, лёгких формах базедовой болезни, вегетососудистой дистонии и пр. Но то, что пустырник применяется при Холодовой аллергии — в какой-то момент это для меня явилось новостью. Открылся пустырник для меня при различных нарушениях полового цикла у женщин, при фибромиомах матки. К сведению я принял и то, что экстракт травы увеличивает при эпилепсии интервалы между припадками, это подтверждено клиническими испытаниями. Помогает пустырник при опухолях и гангренозных ранах. Использовал я пустырник при успешном излечении эндометрита (правда, в сочетании с другими травами). Пустырник непременно входит в составы для спринцеваний — начиная с дисфункции яичников и вплоть до рака матки.

И всё же на рецептах я решил не останавливаться, так как большей частью они однотипны и в любой аптеке можно получить исчерпывающую консультацию. При целом ворохе разных болезней практически одно и то же. К примеру; сок травы смешивают пополам с водкой и принимают по 1 чайной ложке 3 раза в день до еды при сердцебиениях, сердечно-сосудистых неврозах, повышенной нервной возбудимости, начальных стадиях гипертонии, кардиосклерозе, миокардите, пороках сердца, сердечной слабости после гриппа и других инфекционных болезней, при головной боли, малокровии, одышке, желудочно-кишечных коликах, бронхиальной астме, при болезненных менструациях и их задержке, при бессоннице, при ангиодистонических синдромах конечностей, нейроциркуляторной дистонии, ишемической болезни мозга.

* * *

Пустырник серьёзных противопоказаний не имеет, разве что не стоит пользоваться им при гипотонии. Случается редко, но при длительном применении может вызвать аллергическую реакцию вплоть до полной непереносимости — это мне приходилось наблюдать у нескольких больных, лечившихся от гипертонии и заболеваний сердца.

Пшеница

Грешно было бы обойти её стороной. Ведь это хлеб наш насущный, который и кормит, и лечит.

Самые простые способы лечения — отвар мякиша хлеба при поносах; мякиш, намоченный в горячем молоке, рассасывает нарывы и опухоли. И, конечно же, отруби. Отвар пшеничных отрубей с мёдом пьют при заболевании дыхательных путей. Отруби в натуральном виде назначают при гипертонии и атеросклерозе, атонии кишечника. Их, — где по чайной, где по столовой ложке — запивают водой. И ещё популярно лечение проросшим зерном пшеницы. Но мало кому известны другие рецепты. Кому-то они, может быть, пригодятся.

ЛЕЙКЕМИЯ. Заварить 3 столовые ложки пшеничных отрубей в стакане кипятка, настоять 2 часа. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день за полчаса до еды. Этот же рецепт хорошо помогает и при АНЕМИИ.

ЯЗВА МОЧЕВОГО ПУЗЫРЯ. Взять 200 г отрубей на 1 л кипящей воды. Варить 1 час. Дважды процедить. Пить по полстакана (вплоть до 1 стакана) 3–4 раза в день. Курс лечения — 1 месяц.

ПСОРИАЗ. Полтора килограмма отрубей залить горячей водой и настоять 4 часа. Процедить в ванну. Принимать её не более 15 минут. Не вытираться, обсохнуть, надеть мягкое домашнее бельё. Ванны принимать ежедневно на протяжении 10 дней. Для ножной ванны используют 250 г отрубей, готовить так же при лечении не только псориаза, но и кожной сыпи, экземы.

АТЕРОСКЛЕРОЗ. Столовую ложку отрубей заливают стаканом кипятка и настаивают полчаса. Затем добавить к настою ещё стакан кипятка и ещё настоять 10 минут. Процедить. Разделить на три порции. Принимать 3 раза в день после еды.

СНИЖЕННЫЙ ИММУНИТЕТ. Промыть 100 г зёрен, вымочить в небольшом количестве воды 2–3 часа, затем подсушить салфеткой, смолоть на мясорубке. Добавить по 1 столовой ложке мёда и сметаны (можно сливки или молоко). Принимать полученную смесь утром натощак. Лечение провести в течение месяца. Заодно это нормализует работу кишечника.

РОЖА. Бывает, болезнь настолько упорна, что никакому лечению не поддаётся, причиняя муки. Попробуйте взять 3 пшеничных колоска во время цветения и об вести ими больное месте 3 раза. На другой день ещё 3 колоска и повторить процедуру. Поражённые места побледнеют. На третий день сделать то же самое. Три дня — и пройдёт. Это старинное знахарское средство.

* * *

При лечении пшеницей одним из противопоказаний считается диабет. Тяжело ложится на больной желудок и кишечник выпекаемый нашими пекарнями продукт, называемый пшеничным хлебом. В первый день, пока он свежий, вызывает изжогу и тяжесть в животе, быстро черствеет и уже через сутки может покрыться едва приметной плёночкой плесени. Не торопитесь срезать поражённый участок — лучше сразу выбросить этот опасный продукт, потому что плесень уже успела выработать одну из разновидностей афлатоксина, грозного биологического фактора, ведущего постепенно разрушительную работу в организме, вызывая впоследствии тяжёлые болезни, вплоть до рака. Разве таким бывает настоящий пшеничный хлеб? Настоящий пока можно встретить в деревнях, поставленный на добротной опаре, испечённый в русской печи на поду. Я брал такой хлеб в дальние походы, и он даже через неделю оставался свежим и не крошился, не терял первоначального вкуса. Увы, сейчас о таком хлебе остаётся только мечтать.

Пырей ползучий

Являясь одним из злейших и трудноискоренимых сорняков, он как бы утверждает свою необходимость всему живому на земле. Пыреем лечатся дикие животные. Его свежие молодые листочки жадно поедают заболевшие кошки, собаки. И для человека он ценен прежде всего тем, что восстанавливает нарушенный обмен веществ, особенно при различных кожных заболеваниях. Настой и отвар корневищ употребляют при водянке, отёках различного происхождения, при нефрите, цистите, недержании мочи, камнях в почках и в жёлчном пузыре, желтухе, туберкулёзе лёгких, хроническом бронхите с обильной мокротой, кашле, а также при гастрите, энтерите, колитах, как болеутоляющее средство при подагре, ревматизме, люмбаго, различных артритах. Сок или отвар свежего растения, принимаемый в течение всего лета, хорошо помогает при частичной потере зрения.

Некоторые специалисты рекомендуют пырей при рассеянном склерозе, при гипотоламическом синдроме, ишемии мозга, предастме, сахарном диабете, слабости сфинктеров мочевого пузыря в пожилом возрасте, остеохондрозе и деформирующем спондиллезе с корешковыми болями.

Копать корни пырея рекомендуют ранней весной или осенью, но, в отличие от других растений, брать его можно в течение всего лета, если для получения сока — то вместе с травой, хорошенько отмыть в холодной воде и сразу прокрутить в мясорубке, отжать через несколько слоёв марли, но лучше всего воспользоваться прессом.

ЗРЕНИЕ. Ещё более тысячи лет назад Авиценна советовал выжатый сок пырея смешать с мёдом или вином (все берётся в равном по весу количестве) и сварить на слабом огне, помешивая ложкой, до получения однородной смеси — 3–5 минут. Процедить и принимать по столовой ложке 3 раза в день с весны до осени. На практике подтверждено: зрение улучшалось на полторы-две диоптрии (иногда до трёх диоптрий). Да, но этим надо заниматься непрерывно шесть месяцев, отпущенных на весь период вегетации пырея. Разумеется, брать его нужно только в чистых местах, не только вдали от города, но и подальше от транспортных артерий.

ОСТЕОХОНДРОЗ. 3–4 столовые ложки корней (свежих или сухих) залить 1 л воды, довести до кипения и потихоньку упарить наполовину. Принимать по 100 мл — полстакана — 3 раза в день. Это поможет и при болезнях с нарушением солевого обмена.

ДИСФУНКЦИЯ ЯИЧНИКОВ. 1 столовую ложку корней пырея варить в стакане молока на слабом огне 10 минут. Принимать по 1 столовой ложке 2–3 раза в день до выздоровления.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ. Столовую ложку свежих или 2 столовые ложки сухих корней варить в стакане молока 5 минут. Принимать по 1 стакану 3 раза в день. Это помогает и при других трудноизлечимых заболеваниях.

ДИАТЕЗ ЭКССУДАТИВНЫЙ. Столовую ложку корней пырея залить 0,5 л кипятка, на малом огне кипятить 15 минут, настоять в тепле 2 часа, процедить. Принимать по полстакана 3–4 раза в день до еды.

НЕДЕРЖАНИЕ МОЧИ (особенно у пожилых людей). Полную столовую ложку измельчённых корней пырея залить стаканом кипятка, полчаса парить в горячей водяной бане, после остывания процедить. Пить по одной трети стакана 3 раза в день. Если не полениться и продолжать лечение 2–3 месяца, то можно избавиться от хронического цистита и укрепить сфинктер мочевого пузыря.

САХАРНЫЙ ДИАБЕТ, ГИПЕРТОНИЯ, НЕФРИТ, ПНЕВМОНИЯ, ЦИСТИТ, РЕВМАТИЗМ, КОЛИТЫ, ЖЕЛЧНО-КАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ, ФУРУНКУЛЁЗ. Возможно и некоторые другие болезни, связанные с обменными процессами, воспалениями внутренних органов (пырей обладает противовоспалительным и кровоочистительным действием). Взять 25 г корней на 250 мл воды и на малом огне кипятить 10 минут, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день перед едой.

* * *

У пырея почти нет противопоказаний. Во всяком случае, нет никаких упоминаний о них. Лишь по своим соображениям я не стал бы назначать пырей для длительного приёма при гипотонии, остром панкреатите с диареей, при обострении язвенной болезни желудка.

Ревень тангутский

Из двух десятков видов ревеней в медицине используется, в основном, ревень тангутский. В малых дозах он обладает закрепляющим действием, а большие дозы вызывают послабление стула. Препараты из корней ревеня назначают при некоторых желудочно-кишечных заболеваниях, трещинах прямой кишки, при малокровии, туберкулёзе лёгких, при желтухе как желчегонное, при склерозе. По мнению некоторых фитотерапевтов, ревень незаменим в период климакса как для мужчин, так и для женщин, особенно если климакс протекает с неврозами, тревожным настроением, если появляется слезливость, лёгкая ранимость, ипохондрия, исчезает желание работать, любить, жить. Из ревеня готовят супы, салаты, компоты, варенья, повидло. И всё-таки с ним тоже надо быть осторожным.

* * *

Нельзя употреблять лекарства из ревеня больным гиперацидным гастритом, язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки. У этих больных обычно через 10–15 минут после приёма возникают желудочные боли, особенно это опасно при желудочном кровотечении. При длительном приёме ревеня наступает привыкание к нему и слабительное действие уменьшается. Ревень способен увеличить дефицит кальция в организме, что недопустимо при остеопорозе, нарушить процесс свёртывания крови. Длительно употреблять ревень не рекомендуется при гиперфункции паращитовидных желез. Ревень противопоказан при аппендиците, остром холецистите, непроходимости кишечника, геморрое. Отрицательное действие оказывает ревень на больных подагрой, ревматизмом. Амирдовлат Амасиаци отмечал, что ревень вреден при острых заболеваниях печени, и это вредное действие устраняется цикорием.

Редис огородный

В молодости, особенно весной, когда ещё нет многих свежих овощей, я мог намыть и съесть полную тарелку редиса без всяких приправ. Люблю его и по сей день, но, увы, с предосторожностью и опаской. Да, редис содержит множество витаминов и минеральных солей, особенно соли калия, так необходимые больному сердцу. Редис не уступает многим овощам и фруктам богатством пектиновых веществ, а ведь они поглощают из кишечника холестерин, яды, канцерогены, болезнетворные микроорганизмы и выводят их.

* * *

Однако приходится помнить и о том, что редис противопоказан при язвенной болезни желудка, гастритах, энтероколите, запорах, заболеваниях печени, панкреатите, а также при вегетодистонии. Редис снижает выработку гормонов щитовидной железы и нежелателен при гипотериозе. Редис способствует образованию тромбов, закупорке сосудов, поэтому должен быть исключён из лечебного питания при инсульте, после инфаркта. Даже здоровому человеку нельзя употреблять редис на ночь — иначе забурлит кишечник, сон окажется беспокойным, с тревожными и мрачными сновидениями.

Редька огородная

Великое множество народных рецептов связано с этим популярным овощем. Простуда с ознобом — в ход идёт редька. При бронхите и туберкулёзе лёгких — редька. Завелись камешки в почках или в жёлчном пузыре — опять-таки больные хватаются за редьку. Свежий сок втирают при ревматизме, подагре, миозитах, невритах, радикулитах, невралгиях. Тёртую редьку прикладывают к гнойным ранам, язвам. Соком редьки лечат трихомоноз влагалища. Применяют редьку при желтухе и циррозе печени, как мочегонное средство при обширных отёках, воспалении мочевого пузыря, сахарном диабете.

Если нет серьёзных противопоказаний к редьке, она способна помочь при многих заболеваниях. Вот только некоторые из них.

ШИЗОФРЕНИЯ (с любым клиническим синдромом). Особенно при астенических состояниях с болезнями печени, почек, желчных путей и наличии камней. Пить сок по 1–2 столовые ложки за 15–20 минут до еды. К столовой ложке сока желательно добавить столовую ложку мёда. Курс лечения — до 1 месяца.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. 1 килограмм чёрной редьки не чистить, только помыть, мелко нарезать и залить 1 л водки. Настоять 2 недели, процедить. Принимать по четверти стакана 4 раза в день за полчаса до еды. Курс 15–20 дней. Через 10 дней повторить.

ПАРАЛИЧ ЯЗЫКА. Жевать кусочки редьки, затем выплёвывать их.

СИНУСИТ. При болях в носу, ушах и голове закапывать в ноздри сок или вводить тампон с соком.

СКУДНЫЕ МЕНСТРУАЦИИ. 1 чайную ложку сока редьки смешать с половиной столовой ложки сока моркови. Пить небольшими глотками 3 раза в день за 10 минут до еды. Дозу постепенно увеличивать, доведя до 10 чайных ложек, размешанных с половиной стакана сока моркови.

УЛУЧШЕНИЕ ЗРЕНИЯ. Сок редьки смешать пополам с мёдом, принимать по 1 чайной, довести до 1 столовой ложки 3 раза в день после еды.

ОЖИРЕНИЕ. Взять 10 кг редьки, вымыть, кожуру не снимать, только вырезать поражённые места. Мелко порезать и отжать через соковыжималку. Принимать по полстакана 3 раза в день через час после еды. При этом не употреблять мясо, жирные блюда, крахмалистые продукты, яйца, сдобу.

ТРОФИЧЕСКИЕ ЯЗВЫ. Делать аппликации из сока и кашицы редьки на язву, перевязать. Это мощное бактерицидное средство, содержащее лизоцим (антимикробное средство).

ДИЭНЦЕФАЛЬНЫЕ КРИЗЫ (с предастмой). Сок редьки смешать пополам с сахаром и принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день после еды в течение 2–5 недель. Эту смесь можно использовать как желчегонное, разбавив 1:3 с водой и принимать за полчаса до еды. Сок всегда должен быть свежим. Если появится запах сероводорода или привкус серы, то для лечения он непригоден.

* * *

Впрочем и противопоказаний хватает с избытком. Мякоть и сок редьки необходимо исключить при язве желудка и двенадцатиперстной кишки, энтеритах и колитах, гастрите с повышенной кислотностью, при обострении хронического панкреатита. Противопоказана редька при гломерулонефрите. Не рекомендуют пользоваться редькой при тяжёлых заболеваниях сердца, токсическом зобе, беременности, вздутиях кишечника, подагре, гепатите и нефрите из-за высокого содержания пуринов и эфирных масел. Считается, что редька вредна для головы, зубов. Есть её рекомендуют не до еды, а после.

Репа огородная

Репа обладает солидным стажем служения человеку. Правда, у разных народов и отношение к ней было разное. В античные времена греки, принося жертвы богу Аполлону, несли в храм свёклу на серебряном блюде, а репу — на оловянном. Древние персы считали репу пищей рабов и бедняков. Египтяне кормили репой строителей пирамид. Но ни в одной стране мира репа не имела такого распространения, как на Руси. Она была главным овощем, пока на смену не пришёл картофель. Причём давала хорошие урожаи на любой почве. Могла расти даже за Полярным кругом. На любом крестьянском столе главной едой была «парёнка» — парили репу в горшках в русской печи. Вкусно и питательно. Не брезговали репой и дворяне.

Заодно и лечились репой. В толстых мясистых корнеплодах одного только сахара было 9 %, кроме того, много минеральных солей, клетчатки, значительное количество витаминов и каротина. В одном из старинных лечебников говорилось: «Сок из свежей репы, на тёрке истёртой, выдавленный и подваренный с сахаром, составляет верное средство от цинги. Мазаные оным опухшие и кровь источающих дёсен исцеляют их за два дня». По сей день живёт поговорка: «Дешевле пареной репы». Сейчас вряд ли найдётся применение этой поговорке.

Целебность репы начинается уже с её пищевых свойств: возбуждает аппетит, усиливает выделение желудочного сока, улучшает пищеварение, предохраняя от желудочных заболеваний (обладает противовоспалительным, обезболивающим, ранозаживляющим, антисептическим мочегонным действием). Вареной репой и отваренным соком лечили острые ларингиты с острым кашлем и охриплостью голоса, применяли при бронхиальной астме, использовали как средство, улучшающее сон и успокаивающее сильное сердцебиение. Тёплым отваром полоскали рот при зубной боли. Растёртую варёную репу прикладывали при подагре для уменьшения болей. Стакан свежеприготовленного сока, разбавленного на четверть или треть водой, — прекрасное желчегонное средство. У человека серьёзные нелады с сердцем. И тут поможет репа по таким рецептам.

АРИТМИЯ. Хороший эффект для уменьшения сердцебиения даёт отвар репы: 2 столовые ложки измельчённого корнеплода залить полным стаканом воды, на слабом огне варить 15 минут, через 20–30 минут процедить. Пить по половине стакана 4 раза в день. Для этого во второй половине дня сварить ещё один стакан.

ИНФАРКТ МИОКАРДА. Пить сок репы с мёдом по трети или пол стакана 3–4 раза в день. Есть репу в любом виде. Выздоровление происходит вдвое быстрее.

ГРИПП. Натереть на мелкой тёрке 2 столовые ложки кашицы, залить стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать по четверти стакана 4 раза в день за полчаса до еды. Заметно облегчает состояние, особенно начиная со второго дня. Защищает от осложнений на бронхи и лёгкие.

ЛАРИНГИТ, ОХРИПЛОСТЬ ГОЛОСА. Измельчить 2 столовые ложки репы, залить стаканом кипятка и на самом слабом огне варить 15 минут. Принимать в тёплом виде по четверти стакана 4 раза в день. Последние дозы на огне не разогревать, а только плеснуть в отвар чуть-чуть кипятка.

* * *

Во всех отношениях хороша репа и вреда от неё почти нет, только в сыром виде её нельзя употреблять при язве желудка и двенадцатиперстной кишки. Нельзя пользоваться ею и при острых гастритах, энтероколитах. Репа противопоказана при зобе — при больной Щитовидке о ней забудьте.

Репешок обыкновенный

Без этого растения я, как травник, был бы похож на охотника без ружья.

Прежде всего репешок идёт у меня при опухолевых заболеваниях (наряду с полынью-чернобыльником, марьиным корнем, чёрной ольхой, цветами хмеля и некоторыми первоочередными растениями). Обязательно входит в комплексы при раке полости рта и горла — и внутрь, и для полоскания.

Без репешка не обойтись при злокачественных опухолях желудочно-кишечного тракта, раке печени и метастазах в печень, при раке прямой кишки — и внутрь, и микроклизмы.

Прекрасно проявил себя репешок при полипах в желудке и кишечнике. Репешок я отношу к венотоническим средствам, и не столько при варикозах, сколько при лечении запущенного геморроя.

В нескольких случаях репешок помог мне в борьбе с циррозом печени (в одной связке с володушкой золотистой и настойкой листьев хрена).

Мне и самому неоднократно приходилось получать пользу от репешка при воспалении голосовых связок, охриплости и даже потере голоса — спасало так называемое «агримоново полоскание» — отвар столовой ложки травы в стакане кипятка. Покипятишь 3–5 минут, процедишь, добавишь чайную ложку мёда и тёплым отваром полощешь горло до 5–6 раз в день.

Нет ничего удивительного в том, что репешок исстари был любим народом. И второе название ему дали — приворот. Видимо, имелись какие-то секретные, теперь уже забытые и утраченные прописи, связанные с привораживающей или другой магической силой.

Не стану анализировать химический состав репешка (до конца ещё не изученный), но можно отметить в нём большое количество микроэлементов: медь, цинк, железо, ванадий, никель, хром, титан, марганец, стронций, цирконий, серебро. Это ведь не просто перечисление. Медь необходима нам прежде всего, чтобы лучше усваивалось железо. А дефицит железа вызывает самые разнообразные последствия — от выпадения волос до инфаркта сердца. Кстати, без меди невозможна деятельность некоторых энзимов, снижающих окисление организма, медь предупреждает появление злокачественных опухолей. Хром из органических соединений (растений) необходим для полноценного усвоения глюкозы — тогда не будет диабета. Марганец (вместе с железом и медью) необходим для поддержания процесса кроветворения. Я только хочу сказать этим, как важна совокупность «живых» микроэлементов, и чем растение богаче ими, тем больше возрастает его ценность.

Поэтому и народная медицина, ничего не зная об этом, только на своём многовековом опыте даёт свою оценку тем или иным растениям, и не ошибается. Как не ошибся в репешке, применяя его и при заболеваниях сердца, нервной системы, заболеваниях желудка, желчного и мочевого пузыря, при различных кожных заболеваниях и при заболеваниях суставов.

Я не стану перечислять все болезни, лишь посоветую обратить внимание на некоторые народные рекомендации.

РАК ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ. Постарайтесь осенью накопать корни репешка. И готовить себе отвар: 1 столовую ложку измельчённых корней залить стаканом кипят ка, поставить на 30 минут в кипящую водяную баню, через 10 минут процедить. И принимать по трети стакана 3 раза в день за полчаса до еды. Если не успели приготовить отвар, то можно воспользоваться порошком корней — по 1 грамму (треть чайной ложки) принимать так же 3 раза в день за полчаса до еды, запивая водой.

ЦИРРОЗ ПЕЧЕНИ. 1 чайную ложку травы кипятить 2–3 минуты в стакане воды, настоять 2–3 часа, процедить и принимать по трети стакана 3 раза в день за 15 минут до еды. По другому рецепту: 1 столовую ложку травы на стакан воды, ки пятить 5 минут, процедить. Пить по 0,3 стакана 3 раза в день после еды.

ПОЛИПЫ В КИШЕЧНИКЕ. 2 столовые ложки травы залить 2 стаканами кипятка, на слабом огне дать покипеть 5–8 минут, через полчаса процедить. Принимать по трети стакана 3 раза в день до еды. При полипах в прямой кишке — использовать часть этого отвара на микроклизму в ночь.

НЕЙРОЦИРКУЛЯТОРНАЯ ДИСТОНИЯ (с головными болями и симпатико-адреналовыми кризами). В термос насыпать 2–3 столовые ложки травы, залить 0,5 л кипятка, настоять 2 часа — это суточная доза, то есть выпить за 3–4 приёма.

ПАНКРЕАТИТ. Заварить 1 столовую ложку травы в стакане кипятка, через час процедить. Принимать по 1/4-1/3 стакана 3–4 раза в день до еды.

ЭНУРЕЗ. Две горсти семян залить 0,5 л красного виноградного вина, настоять 1/4 дней, процедить. Принимать по 30–40 мл 3 раза в день. Последняя порция — на ночь.

ОСТЕОХОНДРОЗ. Даже при запущенных формах остеохондроза одним из лучших средств считается репешок — он способствует полному растворению солевых отложений: 1–2 столовые ложки травы залить стаканом кипятка, настоять 4 часа, процедить. Добавить мёд по вкусу и пить по четверти стакана или по половине стакана настоя 3–4 раза в день. Лечение длительное.

АСЦИТ. 1 столовую ложку сухих цветков залить стаканом кипятка, настоять 2 часа, принимать по 1/4-1/3 стакана 3–4 раза в день.

* * *

За время пользования репешком каких-либо противопоказаний не было выявлено. Случалось, некоторые больные, буквально единицы, жаловались на боли, возникающие в желудке, на запоры, или, напротив, на послабление стула. Скорее всего, это было вызвано либо пищей, либо принимаемыми параллельно медикаментозными средствами. С небольшой натяжкой можно сделать предупреждение тем, у кого сгущённая кровь и есть угроза к образованию тромбов.

Рис посевной

В Киото, древней столице Японии, стоит на холме Фунаоко священный камень. Рядом две каменные, пёстро раскрашенные лисицы, охраняют этот своеобразный жертвенный алтарь. На его ступеньках стоят мисочки с рисом и чашки с водой и солью. Японцы приходят сюда попросить у Божества риса помощи. Для этого надо сто раз обойти вокруг священного камня, повторяя своё самое заветное желание. И тогда оно обязательно сбудется. В Японии новобрачным подносят лепёшки из риса, как символ благополучия, изобилия, долголетия.

А долголетием японцы отличаются от многих народов мира. И одну из тайн этого феномена можно объяснить… да, да, ежедневным потреблением риса. Для них это не только питание, но и дарованное их Божеством лекарство. Дело в том, что лучшей чистки для организма природа пока не смогла придумать.

Мы знаем, что рис бывает разным. Стараемся покупать высшие сорта, чтобы зерна были гладкими и блестящими, полированными, не думая о том, что после полной очистки в нём почти нет белка. В крайнем случае возьмём шлифованный, приготовленные из него блюда тоже эстетичны (но у него тоже удалена плодовая оболочка, а зародыш остаётся лишь частично). Бурый или коричневый рис малопривлекателен, не вызывает симпатии (зато он очищен только от внешней оболочки, зародыш в нём сохранён полностью). Ещё бывает рис с оболочкой — шала. В сравнении с известными злаками в рисе содержится не так много белка, зато белок этот высшего качества.

Восточные народы, которые питаются рисом круглый год, предпочитают рис неочищенный, округлой формы, и такая пища приносит только пользу.

Для лечения надо брать округлый нешлифованный рис.

ОСТЕОХОНДРОЗ, АРТРИТ, РЕВМАТИЗМ, ПОДАГРА, ХРОНИЧЕСКИЙ ЗАПОР. На весь курс лечения надо взять столько столовых ложек риса, сколько вам полных лет на день начала лечения. Не забудьте, длинный рис для лечения не годится. Высыпать рис в банку, залить холодной кипячёной водой и поставить в холодильник. Каждое утро необходимо сливать всю воду из банки, затем взять полную ложку риса с «верхом» для первого завтрака. Варить в кипячёной воде до готовности, ничего кроме воды не добавлять в кашу. Идеально сварить и съесть кашу до 7 утра, но если это сложно, обязательное условие — рисовая каша в тёплом виде натощак, а после съеденной каши 2 часа ничего не есть и не пить (так как рис может вбирать из воды соли). Остальной рис опять залить холодной кипячёной водой и убрать в холодильник. И делать так, пока не съедите весь рис (ежедневно меняя в банке воду, иначе рис забродит и прервётся лечение).

Если хотите стать здоровым, моложе не только телом, но и душой, с ноября по апрель употребляйте на первый завтрак рисовую кашу по предложенному методу. Не бойтесь запоров — рис поможет избавиться и от этой неприятности.

Предложенный метод лечения остеохондроза один из самых действенных.

* * *

Рис вреден при коликах (вредное действие нейтрализуется сахаром). Не употреблять рис при ожирении. Рисовая диета может вызвать осложнения в почках, поэтому лечение обязательно сочетать днём и вечером с приёмом настоя или отвара брусничного листа.

Рогоз узколистный — камыш

В тихих заводях стариц, по болотинам и даже в небольшом непересыхающем бочажке, как своеобразное украшение, можно видеть высокие стебли рогоза с продолговатым, гладким початком на макушке — он словно из мягкого коричневого бархата сделан. Его часто берут на украшение, хотя волей-неволей надо лезть в воду. Зато сборщики лекарственных трав привычны к этому, загодя припасают резиновые сапоги, а при необходимости и клеёнчатый фартук наденут, если есть необходимость взять не только листья и стебли с початками, но и корень. Кстати, корневища съедобны и довольно вкусны, при необходимости их мелют в муку и пекут лепёшки.

Но нас интересуют не кулинарные, а лечебные достоинства растения. У рогоза на лекарство идёт все: и корневища, и листья, и початки с пыльцой. К примеру, пух початков с топлёным маслом — прекрасное средство от обморожений и ожогов. Пыльца цветков в восточной медицине используется для остановки сильных кровотечений, а также при костном туберкулёзе, омертвении тканей, при груднице. Отвар листьев полезен при сахарном диабете. Отвар корневищ принимают внутрь при гастритах, энтеритах, простом и кровавом поносе, дизентерии, гонорее, лихорадке. Измельчённые листья рогоза прикладывают к ранам, ожогам, порезам, ссадинам, чем мы нередко пользовались в походах в молодости, да и во время обычных вылазок на природу.

ДИАБЕТ. Высушенные листья рогоза измельчить, 1 чайную ложку залить стаканом кипятка, дать покипеть 1–2 минуты, остудить. После процеживания принимать по 1/3 стакана 3 раза в день. Когда сахар в крови нормализуется, продолжать поддерживающее лечение, принимая отвар хотя бы неделю-полторы в месяц, уменьшив дозу до четверти стакана на приём.

КОЛИТ. Столовую ложку измельчённых корней на 1 стакан воды, кипятить на слабом огне 10 минут, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 4–5 раз в день.

* * *

Рогоз практически безвреден. Отвар корневищ нежелательно принимать при варикозном расширении вен, при гепатозе, подагре. Может вызвать запоры.

Родиола розовая — золотой корень

Я бы очень хотел написать ещё об одном подвиде этого ценного растения — родиоле иремельской, которая являлась одним из главных растительных богатств башкирской горы Иремель, но лет десять назад не как-нибудь, а на вертолёте там высадился десант браконьеров, которые варварски уничтожили основные за росли, а следом за ними хорошо поработали одиночки-собиратели, не травники, а именно собиратели на продажу, и я был потрясён, когда один из таких сборщиков предложил мне целый рюкзак свежевыкопанных корней — демобилизованный, нигде не работающий молодой человек таким образом решил зарабатывать себе на жизнь. Я отчитал его, да что толку! Разве он один такой? Теперь на Иремели лишь случайно увидишь характерные листья или цветки почти исчезнувшего растения. Остаётся одна надежда, что через 10–15 лет какая-то часть родиолы иремельской возродится, если не слишком будут беспокоить её. Прошу прощения за это лирическое отступление, но, поймите, до сих пор душа болит за хищническое варварство, ведущее к оскудению природы.

Специалистами давно подмечено, что препараты родиолы розовой оказывают стимулирующее влияние на Центральную нервную систему, улучшают энергетическое обеспечение мозга, способствуют нормализации обменных процессов, улучшают умственную и физическую работоспособность. Благодаря золотому корню человек становится более устойчивым к различным экстремальным ситуациям, у него не происходит истощения надпочечников при стрессе. Родиолапредупреждает инволюцию вилочковой железы.

В народной медицине золотой корень особенно ценится при старческом упадке сил, при импотенции, а также анемии, туберкулёзе лёгких, болезнях печени, сахарном диабете, женских заболеваниях (аменорея, метроррагия, меноррагия).

Как правило, в народе используется настойка корня на водке. Обычно принято настаивать 50 г измельчённого корня в 0,5 л водки 2–3 недели. Принимают её при всех указанных заболеваниях от 10–12 до 20–25 капель и пьют недолго, дней десять-пятнадцать. Я готовлю настойку, не взвешивая корень, на глазок: треть бутылки корня, доверху заливаю водкой и настаиваю не меньше месяца. Когда самому приходилось пользоваться лекарством, то принимал по неполной чайной ложке утром и днём — два раза в день не больше десяти дней. Повторяю: дозировка подбирается индивидуально, длительно принимать нельзя — в среднем 2–3 недели. Передозировка может привести к противоположному воздействию.

* * *

Родиола розовая противопоказана при резко выраженных симптомах нервных заболеваний и истощаемости корковых клеток мозга. Препараты обладают высокой биологической активностью. При грубых органических заболеваниях назначать настойку нецелесообразно. Даже при самых малых дозах настойка родиолы розовой вызывала неприятие при постгриппозном энцефалите. Разумеется, противопоказана она при гипертонии.

Рододедрон золотистый

Обитатель субальпийских и альпийских лугов, вечнозелёный кустарничек со стелющимися ветвями и сочными кожистыми листьями, красавец с крупными колокольчатыми цветками на концах ветвей — весь солнечножелтый, жизнерадостный — один из тех, кто в горах ближе всех поднимается к небу. Приходится сожалеть, что местом для жительства он выбрал Восточную Арктику, Сибирь и Дальний Восток.

Иркутские учёные установили, что препараты рододендрона золотистого благотворно действуют на сердце. При сердечно-сосудистой недостаточности снижают венозное давление, повышают диурез, увеличивают скорость кровотока, способствуют уменьшению отёков, уменьшению одышки, нормализуют работу сердца.

В народной медицине издавна применяются при ревматизме, водянке, подагре, головных болях, эпилепсии, бессоннице, раздражительности, туберкулёзе, лихорадке, женских болезнях, желудочно-кишечных заболеваниях, хронических колитах, дизентерии, как противовоспалительное, кровоостанавливающее и тонизирующее средство. Он обладает сильным бактерицидным действием по отношению к стрептококкам, стафилококкам, патогенной кишечной флоре. Водный экстракт листьев губителен для гриппа.

Для местных жителей рододендрон золотистый — целая аптека. Используют листья и цветки. Листья можно собирать все лето, но лучше всего во время цветения. В наши дни ездить на Алтай и Дальний Восток чересчур дорогое удовольствие, но по переписке, узнав адреса по Интернету или в популярных журналах по целительству, можно получить по почте необходимое количество сырья. Торговля травами сейчас очень распространена — ведь для многих, живущих в глуши, это единственные живые деньги или добавка к скудной пенсии. Заодно и научат, как и от чего пользоваться. Моя книга не тянет на всесторонний справочник, но тем не менее пару рецептов в пример приведу.

ТУБЕРКУЛЁЗ. 1 чайную ложку измельчённых листьев залить стаканом кипятка, настоять 1 час, тепло укутав, затем процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день в тёплом виде. Здесь срабатывает сильное бактерицидное действие рододендрона золотистого.

РАДИКУЛИТ. В этом случае готовят настойку: 3 столовые ложки листьев заливают 0,5 л водки, настаивают 2 недели. Принимать по 20–30 капель 2–3 раза в день после еды в рюмке воды.

* * *

Дозы отваров и настоек даются очень маленькие, так как рододендрон золотистый ядовит. Токсичен даже мёд, полученный с его цветков. Обладая сильной биологической активностью, препараты растения кумулятивные и не подлежат длительному применению. Рододендрон противопоказан при пиелите, пиелонефрите, других заболеваниях почек, так как раздражает мочевыводящие пути. При передозировке наблюдаются все признаки отравления с болью в желудке, угнетением сердечной деятельности, падением давления, удушьем.

Роза крымская

С незапамятных времён роза считается царицей цветов, и никому в голову не приходило оспорить это мнение. В Древней Индии самая очаровательная женщина в мире — богиня Лакшми появилась из бутона розы. Лакшми стала богиней красоты, а её колыбель — роза — символом божественной тайны. По древнеиндийскому закону человек, принёсший царю розу, мог попросить у него всё, что пожелает.

По мусульманской легенде, все растения Земли обратились к Аллаху, чтобы он дал им нового повелителя вместо сонного, важного Лотоса. Аллах прислушался к просьбе и сотворил чудесный цветок — Розу.

В Персии настолько почитали розу, что сама страна получила название Полистан — Страна Роз.

У греков роза — символ кратковременности жизни, которая так же быстротечна, как красота душистого цветка. У них даже есть пословица: «Если ты прошёл мимо розы, то не ищи её более».

В Древнем Риме культ розы превзошёл все границы возможного. Патриции засыпали розами любимых матрон. Девушки окуривали себя фимиамом из роз, привораживая любимых. Гладиаторы умащивали тело розовым маслом, чтобы быть непобедимыми в жестоких играх.

Роза одно время служила и символом молчания, поэтому и была посвящена Гарпокриту — богу молчания, которого изображали в виде красивого юноши с приложенным к губам пальцем. Во времена упадка Рима было очень опасно публично высказывать свои мысли. Поэтому во время пиршеств или деловых встреч на потолке зала вешали большую искусственную розу, как бы предупреждая присутствующих о необходимости сдерживать свои эмоции. Тогда и появилось латинское выражение: «Сказанное под розой» (под секретом).

В Россию роза попала в шестнадцатом веке и долго была лишь придворным цветком. Впрочем, наши знахари быстро нашли ей лечебное применение, поначалу связанное с магией. Впрочем, настой или сироп из лепестков розовой или белой розы, имеющих тонкий аромат, нашли реальное подтверждение в лечении бесплодия. Дело в том, что эти розы — богатейший источник витамина Е, а это витамин молодости, высокой половой активности и способности, прекрасный стимулятор для работы яичников у женщин, улучшения сперматогенеза у мужчин. Сироп из розовой или белой розы облегчает зачатие, если «виновница» бесплодия женщина, а мужчине надо брать для лечения только красную или тёмно-розовую розу. Говорят, если беременная женщина перед родами поставит в воду полураспустившуюся розу, и цветок там полностью распустится, то роды пройдут благополучно. Можете проверить.

Сейчас с лечебной целью используют лепестки крымской розы. Собирают их рано утром, так как в середине дня снижается в них содержание эфирных масел. В на роде применяют при заболеваниях лёгких, катарах верхних дыхательных путей, воспалении слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта, желтухе и даже при холере. Лепестки, настоянные на вине, — при расстройствах желудка и гинекологических заболеваниях; свежие лепестки — наружно при рожистом воспалении; лепестки, смешанные с мёдом, — при заболеваниях дёсен, а в сочетании с водой — как жаропонижающее средство.

Наряду с розой крымской используются роза дамасская, роза белая. Например, лепестки красной розы используют при заболеваниях печени, а белой — при заболеваниях сердца, гипертонии, атеросклерозе.

* * *

Я перечислил не все заболевания, при которых используются лепестки роз, розовая вода и розовое масло. И рецепты не стал давать, потому что не использовал и не могу поручиться за них. Важнее предупредить о нежелательных последствиях лечения розами. Дело в том, что розовая вода и розанол подавляют желудочную секрецию, а это означает, что больным с анацидными и гипоанацидными гастритами лучше всего воздержаться от применения препаратов из роз.

Розмарин лекарственный

Южный вечнозелёный кустарник со своеобразным запахом, молодые побеги напоминают еловую веточку с мелкими нежно-лиловыми цветочками. Синоним розмарина — морская вода. Его родина — Средиземноморье.

Посвятили это нежное растение богине Венере. Греки и римляне украшали им свои жилища, особенно там, где боги посылали сны. Считалось: подарите любимому человеку веточку розмарина, и он станет весёлым, счастливым, не коснутся его недобрые слова.

Особенно уважали розмарин при французском и итальянском королевских дворах. В Германии в день свадьбы или другого торжества букет розмарина украшал грудь каждого гостя. Розмарин пользовался огромной популярностью и в России во времена царствования Елизаветы.

Восхищался розмарином знаменитый врач Кнейпп. Он считал, что растение лечит все болезни желудка, благотворно действует на пищеварение, лечит почти все болезни сердца, «гонит сердечную воду» и особенно хорошо лечит перикардиты. Обладает неплохим мочегонным действием.

Полюбили розмарин гинекологи для лечения климакса, при нерегулярных и обильных кровотечениях, которые сопровождаются головными болями, депрессией, бессонницей, слабостью. Розмарин прекрасно помогает при импотенции. Снимает спазмы желчных и мочевых путей.

Его энергетические свойства: даёт ясность ума, оживляет собственную энергию, улучшает память.

ДЕПРЕССИЯ. Поровну смешать листья розмарина, зверобоя, мелиссы и черники. 1 столовую ложку залить стаканом кипятка, настоять и пить как чай.

ГИПОТОНИЯ. Поровну смешать листья розмарина, черники и мелиссы. 1 столовую ложку смеси залить стаканом кипятка, настоять до охлаждения. Принимать по 1 столовой ложке 2–3 раза в день.

КЛИМАКС. 3 столовые ложки листьев залить стаканом спирта, настоять 3 дня, процедить. Принимать по 25 капель 3 раза в день за полчаса до еды. Нормализует расстроенную нервную систему в период климакса.

Кому противопоказано спиртное, можно сделать отвар: 1 столовую ложку листьев залить стаканом кипятка, на слабом огне варить 15 минут, остудить. Принимать по половине чайной ложки за полчаса до еды.

* * *

Розмарин противопоказан при беременности, гипертонии, склонности к судорогам.

Ромашка аптечная

Давно смущает и не даёт мне покоя загадка. Все мы знаем, что впервые привёз в Европу подсолнух Колумб из Новой Мексики. Тогда откуда же взялась трогательная древнегреческая легенда о нимфе Клитии, безнадёжно влюблённой в лучезарного бога Аполлона? Он безжалостно отверг её любовь, стремительно делая служебную карьеру: сначала был простым богом-исцелителем, заодно выполняя функции бога-прорицателя, затем вырос в бога мудрости, прихватив функции покровителя Искусств, а верхом его карьеры стало отождествление с богом солнца, и получил он прозвище Феб. Какое ему было дело до несчастной нимфы, которая от безответной любви вросла в землю, превратясь в подсолнух, всегда поворачивая голову в сторону своего возлюбленного?

Другая загадка: родина ромашки — Северная Америка. Там аптечная ромашка — обычный сорняк. Её завезли к нам оттуда значительно позже Колумба. Но каким образом Плиний Старший рекомендовал отвар из цветов аптечной ромашки от желтухи, а экзему лечил измельчённой ромашкой, отваренной в оливковом масле? Гален утверждал, что «ромашка по нежности действия близка к розе. Только она горячее и теплота её приятна, как теплота оливкового масла». Несколькими веками позже писали о ромашке Авиценна, Амирдовлат Амасиаци. Арабы называли ромашку ласково «яблоком земли». Так откуда же появилась ромашка у древних греков?

И в то же время до 1913 года ромашку завозили в аптеки из Америки. А российские ведуны много веков назад знали, что ромашка лечит сердце. Это записано в древнем травнике: «У кого в груди болит, возьми стакан снятого молока, стакан воды, по одной щепоти ромашки, липового цвета, бузины, смешать. Вскипятить. Процедить через тряпицу. Остудить как парное молоко. Пить вместо чая, поможет от грудной "жабы". Так ведь это лечение стенокардии!

Ладно, оставим загадки в стороне. Остановимся на том, что ромашка — старейшее и одно из лучших лекарственных растений. Применяется в виде настоя внутрь при заболеваниях органов пищеварения, при спастических хронических колитах, сопровождающихся брожением в кишечнике, при гастритах, для стимуляции отделения желчи, при судорогах, приливах крови. Рецептов множество, особенно в сборах с другими растениями. Я остановлюсь на тех, которые известны мало. Как правило, ромашка лечит несколько болезней сразу, и удивляться тут нечему: срабатывает в ромашке целебнейшее противовоспалительное вещество хамазулен, которого нет ни в других нелекарственных видах ромашки, ни в других растениях (помнить только надо, что хамазулен разрушается при кипячении и не доверяйте рецептам, где ромашку надо кипятить).

ПИЕЛОНЕФРИТ И ЦИСТИТ ХРОНИЧЕСКИЕ. 1 столовую ложку цветков залить стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день.

ПОЛИПЫ В НОСУ. Сок ромашки смешать пополам с соком чистотела и несколькими капельками закапывать в каждую ноздрю или вводить смесь на турундочках.

МИГРЕНЬ. Можно воспользоваться тремя способами. 1. Принимать 3 раза в день по 2 грамма порошка цветков спустя 2–3 часа после еды. 2. Заваривают 1–2 чайные ложки в стакане кипятка, настаивают полчаса. Пьют в горячем виде по 1/3 стакана 3–4 раза в день. 3. 2 столовые ложки цветков настоять в стакане водки 2 недели. Принимать по 30 капель 3–4 раза в день.

БОЛИ В КОСТЯХ, БОЛИ В ЖЕЛУДКЕ, СПАЗМЫ, СУДОРОГИ, ЗАДЕРЖКА МЕНСТРУАЦИЙ. Свежими цветками заполнить банку, залить растительным маслом, настоять 40 дней на солнце в плотно закрытой посуде, затем настоять на кипящей водяной бане 1 час, процедить, отжать. Принимать по 1 чайной ложке 2–3 раза в день.

ОСТРЫЙ ВАГИНИТ. 3 столовые ложки цветков ромашки залить 1 л кипятка, настоять 4 часа, процедить. Применять 1–2 раза в день при простом остром вагините в виде спринцеваний.

* * *

При всей кажущейся безобидности, ромашка может доставить немало неприятных минут. Передозировка грозит головной болью, может вызвать хрипоту, кашель. При больших дозах может наступить угнетение центральной нервной системы и понижение мышечного тонуса.

Нельзя пользоваться ромашкой при шизофрении, при психических расстройствах. Противопоказана она при обильных болезненных менструациях, при беременности. Если прислушаться к мнению Амирдовлата Амасиаци, то «ромашка вредна для почек и мочевого пузыря».

Рута пахучая

Небольшой серовато-зелёный кустарничек, но листья розовато-зелёного цвета. У растения сильный, своеобразный запах, поэтому рута — пахучая. Однако запах этот приятным не назовёшь. Зато при высушивании листья обретают другой запах, напоминающий аромат розы. Такое вот любопытное растение, растущее в Крыму, Украине, южных областях России.

Научная медицина руту душистую вниманием не балует, зато в народе она пользуется большой популярностью. Отвар травы пьют при заболеваниях сердца, расстройствах нервной системы, головокружении и головных болях, связанных со спазмом сосудов, при истощении организма, спазмах в животе, плохом пищеварении (в желудке), при судорогах, эпилепсии, при эпилептиформных судорогах у детей, при маточных кровотечениях, ревматизме.

Разбавленный сок травы или отвар применяют как примочку к гноящимся глазам. Такой же отвар с мёдом или сок прикладывают к ранам и ушибам с кровоподтёками.

Известный немецкий врачеватель Кнейпп сказал о руте: «Если бы мы смогли понять её язык, то помогли бы при всех неизлечимых болезнях».

В народе существует универсальное лекарство из руты если не при всех, но всё-таки при обширном перечне разных болезней, помогающее при всех конкретных случаях.

ПАРАЛИЧ, ЭПИЛЕПСИЯ, ГОЛОВНАЯ БОЛЬ ПРОСТУДНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ГОЛОВОКРУЖЕНИЕ, СЕРДЦЕБИЕНИЕ, ПРИЛИВ КРОВИ К ГОЛОВЕ, ШУМ В УШАХ, ВОДЯНКА ЖИВОТА, ТРОМБОФЛЕБИТ, ОХЛАЖДЕНИЕ ПОЯСНИЦЫ И ПОЧЕК, ПОТЕРЯ АППЕТИТА, МЕТЕОРИЗМ, ГЕМОРРОЙ, ГЛИСТОГОННОЕ, ЗАДЕРЖКА И БОЛЕЗНЕННЫЕ МЕНСТРУАЦИИ, НОСОВЫЕ КРОВОТЕЧЕНИЯ, КАШЕЛЬ, УСПОКАИВАЮЩЕЕ ПРИ НЕРВНОЙ РАЗДРАЖИТЕЛЬНОСТИ. 100 г сухой травы залить 2 л сухого белого вина, настоять 3 недели, процедить. Принимать по 25–30 мл 4 раза в день до еды. Сроки лечения зависят от тяжести заболевания. Тем не менее, закончив принимать эти 2 л настойки, следует сделать перерыв на 1–2 недели и курс лечения повторить, при необходимости несколько раз.

КЛИМАКС. 1 чайную ложку сухих листьев настоять 8 часов в 2 стаканах остуженной кипячёной воды, процедить. Принимать по полстакана 4 раза в день до еды при климактерических расстройствах.

* * *

Рута, при всех её прекрасных качествах, далеко не безопасна. Растение ядовитое, дозировки минимальные. При передозировке могут возникнуть тяжёлые отравления.

Не следует пользоваться рутой при гастрите с высокой кислотностью желудочного сока, при низком кровяном давлении. Рута противопоказана при беременности.

Рябина обыкновенная

Не найти человека, который не любовался бы ею и не знал о её полезных свойствах.

В Центральной России рябину использовали в свадебных обрядах: листья стелили в обувь новобрачным, а плоды прятали в карманах их одежды — для защиты от колдунов и ведьм, а позже, уже в наши времена — от сглаза и порчи. В средние века на Руси больных клали под рябину, веря, что «дух рябиновый отгоняет болезни». Фитонциды растения, видимо, играли какую-то роль. В народной медицине используют плоды, цветки, листья, иногда кору.

Рябина гонит желчь, препятствует образованию камней в почках и мочевых путях благодаря мочегонному действию, укрепляет капилляры, снабжает организм витаминами и богатым набором микроэлементов, понижает кровяное давление, повышает свёртываемость крови, понижает содержание жира в печени и холестерина в крови. Содержащиеся в ягодах рябины вещества повышают устойчивость организма к кислородному голоданию. При угаре пострадавшему дают жевать ягоды рябины. Применяется рябина также при хроническом запоре, вызванном заболеванием желчных путей. Слабительное действие проявляется в первые три часа после приёма. Настой и отвар плодов рябины полезен при злокачественных новообразованиях различной локализации.

Во второй половине июня, в ту пору, когда заря с зарёю сходится, самое время собирать цветы рябины. Знахари в эти «рябиновые» рассветы собирают белый душистый цвет и знают: он самый-самый лечебный и поможет от всех недугов. А если отсчитать от середины лета (на это укажет первая покрасневшая рябина) девяносто дней и нарвать ягод — они будут обладать самым сильным лечебным эффектом. Сделайте все эти заготовки на зиму — не пожалеете.

Кору рябины, собранную во время сокодвижения, я включал в комплекс лечения рассеянного склероза. Кстати, это отличное средство и при обычном склерозе.

СКЛЕРОЗ. Лучше всего измельчить кору до состояния порошка. Взять 5 столовых ложек, залить 0,5 л сырой воды и варить с начала закипания 2 часа на самом слабом огне — чтоб едва кипело. После остывания процедить. Принимать по 25–30 мл (маленькая коньячная рюмка) 3 раза в день за полчаса до еды. Курс — полтора — два месяца.

КАРДИОСКЛЕРОЗ. Проделать все то же самое, только кипятить 30 минут. И принимать по 1–2 столовые ложки 3 раза в день.

ГЕМОРРОЙ. Это осеннее лечение, когда созреют ягоды. Отжимать сок и принимать по полстакана 3 раза в день, запивая холодной водой (горечь сока можно подсластить мёдом или сахаром). Раскрывается даже закрытый геморрой и наступает облегчение.

ПОНИЖЕННАЯ КИСЛОТНОСТЬ. Тоже осеннее лечение: в сентябре-октябре принимать по 1 чайной ложке сока из ягод 3 раза в день за 20–30 минут до еды.

ЗРЕНИЕ. Воспользоваться периодом, пока можно отжимать сок и принимать от 1 до 3 столовых ложек 3 раза в день до еды, а поздней осенью или зимой пить отвар плодов: 1 столовую ложку ягод заварить стаканом кипятка, настоять 4 часа. Пить по полстакана 2–3 раза в день. Кстати, целебные свойства сушёных ягод рябины прекрасно сохраняются два года.

ЗОБ, БОЛЕЗНИ ПЕЧЕНИ, ГЕМОРРОЙ. 2 чайные ложки цветков заварить стаканом кипятка, настоять 4–6 часов, тепло укутав, или в термосе. Процедить. Принимать по четверти стакана (50 мл) 3–4 раза в день. Помогает и при женских заболеваниях.

ОБИЛЬНЫЕ МЕНСТРУАЦИИ. Женщины с обильными, обессиливающими менструациями, что приводит к снижению гемоглобина и анемии, могут использовать как свежие, так и сушёные ягоды: 2 столовые ложки ягод на пол-литра кипятка. Настаивать до остывания. Пить в течение дня дробными порциями.

* * *

Однако не ко всем рябина относится так милостиво. Препараты из рябины противопоказаны при склонности к тромбообразованию, повышенной свёртываемости крови. Свежие ягоды и сок не рекомендуется применять при гастрите с повышенной кислотностью. Забродивший сок теряет свои лечебные свойства. Нежелательно пользоваться рябиной при гипотонической дискинезии, так как избыточное поступление желчи в лишённый сократительной способности пузырь будет способствовать его растяжению и усилению болей.

Необходимо помнить, что рябина способствует предупреждению беременности.

Сок свежей рябины противопоказан при язве желудка и двенадцатиперстной кишки.

Ряска маленькая

На природе, в глухомани, на берегу горной речки отмечали юбилей одного моего приятеля, мастера спорта по туризму. Среди шашлыков, рыбы, грибов и других походных блюд многочисленным гостям был предложен салат, который вызвал восторженные отклики. Ели его так, что уши шевелились. Чуть позже открыли его секрет: салат из озёрной ряски. Скажи об этом заранее — может быть, и побрезговали бы, хотя туристы — народ ко всему привычный. Сам я однажды отведал летний суп — зелёные щи со сметаной — заправленный ряской. Пикантнейший вкус.

А до всего этого ряска служила мне эффективным лекарством при некоторых заболеваниях.

Чаще всего ряску рекомендуют для лечения витилиго — нарушения кожной пигментации в виде беловато-молочных пятен на теле. Лечение требуется длительное, зачастую без ожидаемого успеха. Зато ряска и в самом деле эффективна при аллергических заболеваниях — крапивнице, нейродермите, почесухе, хроническом упорном насморке. Настойкой ряски мне удалось снять в течение суток сильнейший отёк Квинке, когда ребёнку в условиях стационара никакие другие средства не помогали.

В последние годы я убедился в необходимости настойки ряски при лечении рака горла и лёгких. Ряску, даже если она растёт в чистейшем горном озере, необходимо тщательно вымыть (в озёрах и прудах, особенно где плещутся утки и гуси, нельзя брать). Расстеленная в тени, на воздухе, без доступа солнечных лучей, быстро сохнет. Это на тот случай, когда потребуется порошок из травы. Но большую часть я использую для настойки: чуть более половины банки свежевымытой ряски доверху заливаю водкой и настаиваю не меньше месяца (иногда банки стоят непроцеженными по два-три месяца). Обычный приём — по 20 капель 3 раза в день.

Ряска проявляет себя иногда совершенно с неожиданной стороны.

ИМПОТЕНЦИЯ. Прекрасное средство при лечении импотенции смесь порошка ряски с мёдом — по 1 чайной ложке того и другого — съесть утром натощак или в первой половине дня. Результаты не замедлят сказать о себе.

НЕФРИТ (острый). Надо смешать в равных частях по весу порошок ряски и семена лопуха. Взять 1 чайную ложку в рот и запить водой за 20 минут до завтрака. То же самое сделать перед обедом и ужином. Курс лечения — 3–4 недели.

УРЕТРИТ. При затруднённом болезненном мочеиспускании принимать порошок ряски по 1 столовой ложке 3 раза в день за полчаса до еды, запивая водой. Уже в первые дни наступит облегчение, но лечение надо продолжить до полного выздоровления.

ГЛАУКОМА. Принимать настойку ряски по 15–20 капель с 2–3 столовыми ложками воды 2–3 раза в день до еды до исчезновения симптомов внутриглазного давления.

ПСОРИАЗ. Заварить в стакане кипятка 1 чайную ложку высушенной ряски, настоять 30–40 минут и выпить в тёплом виде. Пить по 1 стакану 3 раза в день.

* * *

О ряске маленькой очень редко упоминают в лечебниках. И по поводу противопоказаний нет никаких намёков. Какие уж тут противопоказания, если за один присест турист способен съесть целую тарелку салата! Правда, как закуску. Тем не менее, ряска, хотя и обладает десенсибилизирующим действием, при некоторых нервных расстройствах наоборот усиливает беспричинную раздражительность, иногда до нервного срыва и истерии. Воздержаться от её длительного применения я бы посоветовал при вегетодистонии.

Сабельник болотный

Лет тридцать назад сидел он себе в болоте или в тёплом заливчике какого-нибудь озера или старицы в совершенной безвестности, одни лишь рыбаки или охотники на привале заваривали чай из его стеблей-корешков или редкие травники во время цветения срезали на известные им одним зелья венички стеблей с листьями, а по осени, когда похолодает и осядет вода, делаясь прозрачной и тёмной, выдёргивали длинные плети корней, смывая с них грязь тут же в ледяной воде.

Потом один из целителей выдал свой секрет лечения суставов, другой в каком-нибудь журнале опубликовал хвалебную заметку, и пошла гулять молва о чудесах, которые творит огнецвет болотный, декоп, словно саблей отсекающий болезни. Молва разрасталась с неимоверной быстротой по мере того, как больные люди действительно стали разгибаться, вставать без посторонней помощи, а некоторые и костыли забросили, почувствовав лёгкость и свободу в скованных ревматизмом или остеохондрозом суставах.

Ради любопытства я поискал хоть какие-нибудь сведения у таких наших признанных классиков траволечения, как М. А. Носаль, А. П. Попов, Н. Г. Ковалёва и др., но они ни словом не обмолвились о таком замечательном растении, зато теперь разве что ленивый не напишет о нём.

Вот и я пишу — о том, как с участием сабельника лечил лейкозы, лимфогранулематоз, рак желудка, лёгких, молочной железы, прямой кишки, саркому, остеомиелит, остеохондроз с межпозвонковой грыжей, красную волчанку с поражением суставов и некоторые другие болезни.

Конечно, в народе давно знали о существовании сабельника и пользовались им от ревматизма, подагры. А теперь, в пору широкой известности, перечень болезней расширился. Большим диапазоном обладает спиртовая настойка сабельника.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ, ТРОМБОФЛЕБИТ, ЖЕЛТУХА, НЕВРАЛГИЧЕСКИЕ БОЛИ, ТОНИЗИРУЮЩЕЕ РАБОТУ СЕРДЦА, УДУШЬЕ, ХОЛЕЦИСТИТ, ГИПОТОНИЯ, НАРУШЕНИЕ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ. Здесь применяется настойка из 100 г сухой травы на 0,5 л водки, настоять 2 недели. Принимать от 25–30 капель до 1 чайной ложки 3 раза в день до еды.

ОПУЩЕНИЕ ЖЕЛУДКА, ЖЕЛУДОЧНЫЕ БОЛИ. 1 столовую ложку травы с корнями залить 1 стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Пить по четверти стакана 3–4 раза в день.

ОПУХОЛИ ЖЕЛЕЗ. 2–3 столовые ложки травы ошпарить кипятком, завернуть в марлю и прикладывать к опухшим железам.

ЛИМФОГРАНУЛЕМАТОЗ, РАК ПРЯМОЙ КИШКИ. Принимать по 25–30 капель настойки 3 раза в день на воде. В прямую кишку вводить микроклизмы, капая 50 капель в 50–60 мл тёплой кипячёной воды.

ПРОФИЛАКТИКА ИНСУЛЬТА. При угрозе инсульта принимать по 1 столовой ложке настойки 3 раза в день до еды.

ОТЛОЖЕНИЕ СОЛЕЙ В СУСТАВАХ РУК, НОГ, В ШЕЕ. 5 столовых ложек корней залить 0,5 л водки, настоять 1 неделю, ежедневно встряхивая. Принимать по 50 мл 3 раза в день перед едой — до выздоровления.

* * *

Химический состав сабельника пока полностью не изучен. Имеются противоречивые сведения. По мнению одних специалистов, сабельник снижает артериальное давление. Другие, наоборот, рекомендуют его при артериальной гипотонии. Я на конкретных примерах убедился, что сабельник нельзя применять при низком давлении. Даже в незначительных дозах гипотоники плохо переносят настойку корней. И ещё я пришёл к такому выводу: сабельник противопоказан при брадикардии.

Свёкла обыкновенная

В Талмуде говорится: «В Вавилоне нет прокажённых и страдающих гнойными выделениями потому, что там едят свёклу, пьют мёд и омываются водами Евфрата». Древние народы ценили свёклу не столько как пищу, сколько как лекарство.

Первыми научились разводить свёклу в качестве корнеплода персы, следом за ними — турки и древние римляне. Любопытно, что в древности персы, турки и римляне считали свёклу символом ссор. В те времена в Европе ели «вершки», а в Азии «корешки». Следует отметить, что листья свёклы, употребляемые в салатах, были не менее ценны, чем корнеплоды, так как в них содержится очень много каротина — провитамина А, а также фолиевой кислоты.

Вообще, необычайно богат химический состав свёклы. Имеет смысл подробней остановиться на нём, и тогда многое станет понятным. В корнеплодах содержатся сахара — глюкоза, фруктоза и сахароза (до 25 %). Органические кислоты — лимонная, щавелевая, яблочная. Различные белки. Витамины ВВ, В, С, Р, РР, каротиноиды, пантотеновая, фолиевая кислоты, пектин, пигменты, в значительном количестве соли железа, марганца, калия, кобальта, магния, йода. А также клетчатка, аминокислоты (лизин, валин, аргинин, гистидин и др.)

О таком составе, конечно, не могли знать Гиппократ, Гален, Диоскорид, Парацельс и другие великие врачи древности, но они считали свёклу великолепным средством от малокровия, лихорадки, болезней пищеварительных органов и лимфатических сосудов.

Установлено, что клетчатка, яблочная, лимонная и другие биогенные кислоты, содержащиеся в свёкле, усиливают перистальтику кишечника и необходимы при хронических запорах, нарушениях пищеварения и болезнях печени — надо ежедневно употреблять натощак по 100–150 г вареной свёклы.

Кроме витаминов, в свёкле обнаружены такие микроэлементы: кобальт, рубидий, цезий, медь, цинк, железо, хлор, калий, фосфор, сера, магний. Многие из них регулируют процессы кроветворения, и люди, регулярно употребляющие свёклу, почти не страдают малокровием.

А что касается детей, пожилых людей или тех, кто испытал тяжёлый стресс, то от систематического употребления свёклы нервная система становится более спокойной, здесь сказывается содержание магния в свёкле. И лучше всего пить по пол стакана свекольного сока с 1 чайной ложкой мёда 3–4 раза в день в течение 10 дней.

Натёртая свёкла, приложенная к язвам и опухолям, способствует их исцелению. Изумительный эффект даёт воздействие красной свёклы на клетки раковых опухолей. Через 2–4 недели лечения наступали признаки улучшения общего состояния, снижение температуры, прибавка в весе, улучшение состава крови. Научные исследования показали, что на раковые клетки воздействуют актоцианы — красящие соединения из группы растительных фенолов. Актоцианы черники, чёрной смородины, чёрной бузины, красного вина, зверобоя способны также останавливать развитие раковых клеток. Но красная свёкла, как выяснилось из экспериментов, действует в восемь раз эффективнее. Кстати, выделенные в чистом виде актоцианы, целебным свойством не обладают. Не обладают ими (или малоэффективны) варёная свёкла, прокипячённый свекольный сок.

О целебных свойствах красной свёклы, пожалуй, лучше всего расскажут рецепты. Только надо помнить, что в свёкле не должно быть розовых прожилок. И предпочтительней бывает свёкла густо насыщенного цвета, почти тёмно-бурая.

ФИБРОМИОМЫ, ФИБРОАДЕНОМЫ, МАСТОПАТИЯ. Сырую свёклу необходимо выдержать 2–4 часа в проточной воде. Затем натереть на мелкой тёрке вместе с кожурой. Отжать. Жмых наложить на грудь или на низ живота и оставить на ночь в виде компресса. Утром массу снять и положить в холодное место (можно использовать ещё дважды). Грудь и кожу живота помыть. На следующую ночь процедуру повторить. Третья ночь — перерыв, четвёртая и пятая — лечение. Шестая ночь — перерыв. Курс лечения — 20 лечебных ночей. Месяц-полтора — перерыв. И повторить лечение.

ГИПЕРТОНИЯ. Сок красной свёклы смешать пополам с мёдом и пить по столовой ложке 7 раз в день. Перед тем, как пить, советуют дохнуть на снадобье, а потом сделать движение рукой, как бы в шар заключая ложку с питьём.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛИМФАТИЧЕСКИХ УЗЛОВ. Сок с мёдом принимать утром натощак — полстакана сока с чайной ложкой мёда.

ГЕПАТИТ. Пить сок сырой свёклы, разведя треть стакана сока пополам с водой. Пить 2 раза в день после еды.

КЛИМАКС. Сок смешать пополам с мёдом. Принимать по 1/3 стакана 2–3 раза в день. Снимает приливы и раздражительность.

НЕВРАЛГИЯ ТРОЙНИЧНОГО НЕРВА. Капнуть в ухо 2–3 капли свекольного сока. А натёртую свёклу, завернуть в марлю, засунуть в ухо, но чтоб не текло.

* * *

Больше всего горячо рекомендуется фитотерапевтами свекольный сок, но только сейчас иногда стали предупреждать, что сразу после приготовления пить его нельзя — надо выстоять не менее двух часов, лучше 4 часа.

Мне часто доводилось слышать от больных, что свекольный сок почему-то не идёт им, вызывает тошноту, рвоту, ухудшение общего состояния, а через две-три недели и вовсе наступает полная непереносимость. Действительно, после приёма свежеотжатого сока свёклы происходит сильный спазм сосудов. Дело в том, что сразу после приготовления рока в нём содержатся вредные летучие фракции, отравляющие организм. Если выпить полный стакан (онкологическим больным советуют пить не менее трёх стаканов в сутки), то можно ожидать не только отвращение и тошноту, но и внезапную слабость, падение пульса и артериального давления — вплоть до коматозного состояния.

Лишь после выстаивания сок превращается в ценное лекарство и хорошо переносится организмом. Нельзя сочетать его с дрожжевыми продуктами, квасом, газированными напитками, с любыми кислыми соками. Идеально совместим с ним свежеприготовленный морковный сок (его долго держать нельзя). Сок свёклы, слегка подогретый, лучше всего пить на голодный желудок за 10–15 минут до еды, а при слабом желудке смешать с овсяными хлопьями.

Свёкла затрудняет усвоение организмом кальция и может представить опасность при остеопорозах. Следует учесть и то, что нельзя употреблять полусырую и варёную свёклу при гастрите с повышенной кислотностью, а также при сахарном диабете, поносах, при щелочной моче с образованием камней в почках. Нельзя заниматься лечением свёклой при мочекаменной болезни (прежде всего при оксалурии) и других нарушениях обмена веществ.

Секуринега полукустарниковая

Этот раскидистый кустарник, житель Восточной Сибири и Дальнего Востока, относится к редким и исчезающим видам растений, но его культивируют на Северном Кавказе, Украине и даже в средней полосе России. Если бы секуринега не представляла ценности, то вряд ли стали бы обращать на неё внимание. А применение она находит при сложных, некоторых трудноизлечимых болезнях, как, например, при парезах и вялых параличах, полиомиелите. Применяют её препараты при импотенции на почве функциональных расстройств, при хроническом алкоголизме, пищевых интоксикациях, как регенеративное средство при переломах, как тонизирующее средство при астенических состояниях, неврастении с быстрой утомляемостью, при сердечной слабости.

На основе этого растения выпускаются аптечные препараты (типа «Секуринина нитрат»).

Растение ядовитое. Поэтому дозировки минимальные. Используются молодые верхушки стеблей с бутонами или плодами. При перечисленных заболеваниях — астенические состояния, импотенция на почве функциональных нервных расстройств и быстрой утомляемости, сердечной слабости, как регенеративное (восстанавливающее) средство при ранениях, при гипотонии, вялых параличах — заваривают 1–2 г высушенного сырья в стакане кипятка, настаивают 1–2 часа, принимают по 1–2 столовые ложки 2–3 раза в день после еды.

* * *

Секуринега по силе действия намного превосходит стрихнин. При разумном лечении она даёт хороший результат, если соблюдать строгую дозировку и не иметь противопоказаний. А её препараты противопоказаны при гипертонии, остром и хроническом нефрите. Помогают при сердечной слабости, но совершенно противопоказаны при стенокардии и сердечно-сосудистой недостаточности. От секуринеги придётся отказаться при бронхиальной астме. Нельзя пользоваться ею при тиреотоксикозе, гепатитах, эпилепсии. Противопоказана она и при беременности.

Препараты секуринеги приходится полностью исключить при остром полиомиелите, тетании (спазме и судорожном подёргивании мышц), при наличии болевого и менингиального синдрома (воспалении оболочки мозга), при ограничении подвижности суставов, при расстройствах дыхания.

Сельдерей

Они пришли к нам на огород разными дорогами: петрушка спустилась с гор, а сельдерей притопал с болота.

Египтяне считали его символом печали и смерти. Древние греки про безнадёжного больного говорили: «Ему не хватает только сельдерея». Сельдерей сажали на могилах, сплетали из его зелени похоронные венки. И только в средние века его уже считали овощным растением.

Прежде всего — это прекрасное мочегонное, но его лечебные возможности намного шире: помогает при неврастении, очищает кровь, выводит шлаки, лечит астму, плеврит, «чистит» почки, печень, мочевой пузырь (растворяет камни), снимает боли при артрите и полиартритах, помогает снизить вес и уменьшить сахар при диабете. Его считают средством, способным поднять общий тонус организма и повысить физическую и умственную работоспособность.

В древней медицине Индии, Египта, Тибета, Китая сельдерей рекомендовали употреблять в пищу больным раком.

Из сельдерея готовили любовные напитки. Жрецы берегли их рецепты как одно из самых ценных своих сокровищ. И всё же некоторые из них дошли до нас. Как, например, любовный напиток мужественного Тристана и прекрасной Изольды под названием «Лунный». Его состав: 100 мл сока сельдерея, 50 мл сока груши или 25 мл яблочного сока, либо 1 ложка яблочного уксуса. Пить его следует только в ту пору, когда на землю опускаются сумерки. Как считают боги, это время определяет, что нам может подарить ночь. А богам следует верить, ведь сок сельдерея хорошо действует на весь организм, укрепляя его. Недаром греки называли это растение королём овощей.

Богат химический состав сельдерея. Поэтому и диапазон действия широкий. Применяется корень сельдерея при заболеваниях почек (нефриты, нефромитиаз), при воспалении предстательной железы, подагре, крапивнице, дерматитах, при плохом пищеварении и импотенции, для лечения и профилактики ожирения, при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, хронических колитах, запорах, а также при нарушении сна, неврозах, астенических состояниях, для профилактики атеросклероза, при болезнях верхних дыхательных путей. Обратим внимание на рецепты.

АЛЛЕРГИЯ. 2 столовые ложки измельчённых корней залить стаканом холодной кипячёной воды на ночь. Пить по трети стакана 1 раз в день до еды.

ОСТЕОХОНДРОЗ. Принимать сок по 1 чайной ложке 2–3 раза в день.

ЦИСТИТ. Смешать поровну семена сельдерея и мёд. Принимать по 1 чайной ложке 3 раза в день.

МОЧЕКАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ (растворяет камни). 2 чайные ложки семян на 1 стакан кипятка, на самом слабом огне варить 30 минут (можно на водяной бане). Пить по 2–3 столовые ложки 2 раза в день.

ДИАБЕТ. 20 г сельдерея на 1 стакан кипятка, на слабом огне кипятить 15 ми нут. Пить по 2–3 столовые ложки 3 раза в день.

АДЕНОМА ПРОСТАТЫ. Смешать в равных частях по весу свежий сок сельдерея и мёд. Принимать по 2 столовые ложки 2–3 раза в день за 20 минут до еды. Хранить в холодильнике.

ДЕФОРМИРУЮЩИЙ ПОЛИАРТРИТ. Такую же смесь сока с мёдом принимать по столовой ложке 3 раза в день за полчаса до еды в течение месяца. После месячного перерыва при необходимости повторять. Кроме того, ежедневно съедать 2–3 яблока и 7–8 грецких орехов.

КЛИМАКС. Женщине, которая хочет избежать трудностей, связанных с её гормональными особенностями, не знать боли и слабости, полезен сельдерей. Климакс может пройти незаметно, если после 35 лет 4 раза в год проводить курс лечения семенами сельдерея. Половину чайной ложки семян залить стаканом кипятка, настоять, укутав, 8-10 часов, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 4 раза в день за полчаса до еды. Курс лечения 27 дней. Настой также полезен при затруднённых менструациях.

БОЛЕЗНЕННЫЕ МЕНСТРУАЦИИ. Сок всего растения принимать по трети стакана 2 раза в день за полчаса до еды или через час после еды — хорошее болеутоляющее.

БРОНХИАЛЬНАЯ АСТМА. Измельчённый корень сельдерея (3–4 г) залить 1 л кипящей воды, настаивать в течение 8 часов, процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 3–4 раза в день. Этот же настой помогает прикрапивнице.

* * *

В специальной литературе нет никаких сведений о противопоказаниях к сельдерею. Пока я могу опираться только на свои предположения. Я бы не стал назначать препараты сельдерея при гломерулонефрите, при гастритах с повышенной кислотностью. На мой взгляд, сельдерей может представить опасность при женских заболеваниях, сопровождаемых сильным маточным кровотечением.

Синеголовик плосколистный

В быту его иногда называют чертополохом — видимо, из-за колючести стебля, листьев, шаровидного цветка в колючей обёртке, часто путая с синеголовником полевым. В принципе, несмотря на некоторые чисто ботанические различия, их применяют в лечебных настоях и отварах практически от одних и тех же болезней (не путать с татарником колючим или одним из бодяков).

Синеголовник применяется только в народной медицине. Настой травы издавна используется при болезнях печени, эпилепсии, при водянке, желудочной и сердечной боли, при бессоннице, чаще как эффективное средство от кашля; особенно рекомендуется детям.

Травники не очень любят возиться с колючими растениями. И я обращаюсь к синеголовнику только по нужде. Без него мне трудно было бы лечить эпилепсию, хорею, гиперкинезы, некоторые нервные заболевания. Пока измельчишь траву, весь исколешься.

Применение синеголовник находит разное. Мне, например, он для определённых целей требуется. Другой травник, глядишь, собирает его специально для лёгочных болезней. Чай из травы, к примеру, очень эффективен при сильном кашле, особенно коклюше, хорошо проявляет себя при бронхите. Кто-то другой находит в нём свои, годами отработанные способы лечения совершенно неожиданных для этого растения болезней.

ПСОРИАЗ. Взять 25 г корней на 0,5 л воды, довести до кипения и слабенько кипятить 10 минут, настаивать 1 час, процедить. Принимать по 100 мл 4 раза в день. Лечение лучше начинать в период ремиссии.

ЯЗВЕННАЯ БОЛЕЗНЬ ЖЕЛУДКА. 2 столовые ложки измельчённой травы на 400 мл воды, кипятить на слабом огне 3–4 минуты, настоять 2 часа. Принимать по полстакана 3–4 раза в день до еды. Последний приём отвара за 2–3 часа до сна, особенно тем больным, у которых отмечается бессонница.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ. Сок всего растения (корней и травы) принимать по 1 столовой ложке в половине стакана воды с добавлением небольшого количества мёда 3 раза в день.

КАШЕЛЬ, КОКЛЮШ. 2 чайные ложки травы залить 2 стаканами кипятка, настоять в тепле 2 часа, процедить. Принимать по полстакана 4 раза в день.

ПОЧЕЧНО-КАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ. 1 столовую ложку измельчённой травы на стакан воды, довести до кипения и тихонько кипятить ещё 4–5 минут в закрытой посуде, настаивать 1 час, процедить. Долить кипячёной воды до прежнего объёма. Принимать по полстакана 3–4 раза в день.

* * *

Синеголовник способен повысить давление, поэтому при гипертонии им лучше не пользоваться. Женщины должны прекратить лечение синеголовником за 2–3 дня до начала менструации, так как он резко усиливает этот процесс, и продолжить лечение тоже 2–3 дня спустя. Следует помнить, что синеголовник противопоказан при беременности.

Синюха голубая

Синюху голубую, или ещё называют её лазурной, я никогда не встречал обширными зарослями. Где-нибудь на опушке леса мелькнёт среди кустов и другой травы её высокий стебель с некрупными, но удивительно нежными голубыми цветками. Рядышком одно-два, иногда три растения — и все. Следующую синюху можешь встретить через двадцать, тридцать шагов. А можешь и не встретить. Где-нибудь в другом месте попадётся. Ещё труднее приходится иметь дело с корнями. Значительная их часть чуть толще человеческого волоса. Попробуй осенью отделить их от корней растущих рядом растений. Зато, как говорят, овчинка стоит выделки. Корни синюхи по успокаивающему действию в 8-10 раз превосходят валериану. Да и не только эта успокаивающая особенность привлекает травников к синюхе, а её противовоспалительные, заживляющие способности. Классическим стал пример лечения язвенной болезни желудка, когда до еды дают настой травы сушеницы, а после еды — настой корней синюхи.

Корни синюхи обычно употребляют после еды, во избежание раздражения слизистой желудка сапонинами, которыми синюха богата.

Синюха популярна в разных странах. В корейской медицине она применяется как седативное, гипотензивное, отхаркивающее, гемостатическое, при кардионеврозе, хроническом бронхите, бронхоэктазии, туберкулёзе лёгких.

В русской народной медицине настой и отвар травы или корней используют при спазмофилии, бешенстве, психических и нервных заболеваниях, головных болях, язвенной болезни желудка, при острых и хроническихбронхитах, при дизентерии, острых респираторных заболеваниях, бронхопневмонии, туберкулёзе лёгких. Порошок травы рекомендуют принимать внутрь при укусе бешеных животных.

На Алтае настой травы пьют при укусах змей, а также используют как рвотное и при зудящих дерматозах, настой листьев — при эпилепсии, настой цветков — при белях.

Действие корней значительно сильнее самой травы и цветков.

Корни измельчают до размеров не больше 3 мм, заливают 200 мл кипячёной воды, парят в кипящей водяной бане 30 минут, охлаждают 10 минут, процеживают и добавляют недостающее количество воды. Пьют по 3–5 столовых ложек как отхаркивающее, при заболеваниях желудка, как успокаивающее при нервных расстройствах.

Я обычно пользуюсь настойкой корней. Заполняю стеклянную банку корнями до половины и доверху заливаю водкой. Выстаиваю не меньше месяца. Назначаю по 20 капель 2–3 раза в день при самых различных заболеваниях исходя из того, что не может оставаться спокойным больной человек, особенно когда разбалансирован весь организм, когда его преследуют боли, нервозность, мрачные мысли, бессонница. А в это время работает основной комплекс отваров и настоек, направленных против конкретной болезни. Даже когда человека точил изнутри рак, он становился спокойнее и основное лечение шло успешнее.

* * *

Синюха редко вызывает побочные явления. Лишь в завышенных дозах может спровоцировать рвоту, понос, головную боль, одышку. Не следует принимать синюху долго при повышенной свёртываемости крови, гипертонических кризах.

Синяк обыкновенный

Сведения о синяке очень скудные. Возможно, растение изучено мало. Или отпугивает своей ядовитостью. Но среди лечебных трав столько ядовитых, и даже смертельно ядовитых, что ими хоть пруд пруди. А синяк почему-то в стороне остался, на самой обочине. Кстати, и любит он обочины дорог, особенно с гравийно-песчаным покрытием. Или разрушенную землю. На лугу, среди «благородных» растений, его не найдёшь. Он, как босяк, как отверженный обществом, всегда в одиночестве. Даже вдоль дороги, где видишь его бросающиеся в глаза курятины, других трав, даже сорных, почти не найдёшь, разве где-то поодаль торчит запылённый лопух или поближе прижался к земле подорожник. Близ курорта Янгантау, где прокладывали какой-то трубопровод, я любовался необычайным ковром из синяка. Шириной в десять метров и длиной — на сколько видит глаз, на глыбистой, кое-как укатанной бульдозером глинисто-щебёночной ленте сплошняком рос синяк. Надо было видеть это великолепие! Ведь синяк, хотя и жестковолосистое, но высокое и очень привлекательное растение с красивыми ярко-синими цветами и розовыми бутонами.

Синяк — отличное отхаркивающее и успокаивающее кашель средство (особенно при коклюше). Обладает и противосудорожным действием — используют при эпилепсии. Я применял его и при бронхиальной астме (с неплохим результатом, особенно когда другие травы были менее успешными). Назначал я его и при эпилепсиив перерывах между основным лечением. И здесь трудно провести границу, что было основным, а что вспомогательным.

Рецепт один: 1 чайную ложку травы заварить в стакане кипятка и настоять 2–3 часа. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день, не больше!

* * *

В синяке обнаружены такие опасные алкалоиды, как циноглоссин, холин, консолидин, консолицин, способные вызвать сильное отравление.

Главное противопоказание: самолечение синяком обыкновенным.

Сирень обыкновенная

Среди русских деревень трудно отыскать такую, где бы в палисадниках не росла сирень. В сирени утопали многие русские города. Наверное, поэтому отдавали дань этим роскошно цветущим кустам с неповторимым ароматом весны знаменитые художники Врубель, Максимов, Кончаловский, Поленов и другие мастера живописи, а композитор Сергей Рахманинов создал волнующее душу сложнейшей гаммой чувств одно из лучших своих произведений «Сирень».

Правда, не во всех странах к сирени было такое трогательное и нежное отношение. В Англии, например, сирень считается цветком горя и несчастья. Старая английская пословица предупреждает: «Тот, кто носит сирень (брошь, кольцо), никогда не будет носить венчального кольца». Если девушка посылает сватающемуся жениху ветку сирени, это означает отказ.

Сиренью издавна пользовались врачеватели. И до сих пор для приготовления лекарств используют только простую сирень — бледно-сиреневую или чуть потемнее, но только не махровую, не белую — для лечебных целей она не годится, так же, как и сирень без запаха.

В народной медицине, как ни странно, сирень не нашла себе широкого применения, хотя лечение малярии и эпилепсии безусловно успешное, без осложнений и рецидивов, как отмечают специалисты.

Препараты сирени оказывают пользу при лечении сахарного диабета, малярии, воспалительных заболеваний почек, при камнях и песке в почечных лоханках, при бронхиальной астме, бронхитах, пневмонии, катарах верхних дыхательных путей, туберкулёзе лёгких, ревматизме, радикулите, гриппе, нарушении менструального цикла, наружно — для компрессов при лечении язв, гноящихся ран, ушибов, ревматизма. Листья, заваренные как чай, помогают при малярии, поносе, язве желудка, кашле и коклюше.

Кстати, в годы войны, когда не хватало лекарств, к язвам и долго не заживающим ранам привязывали свежие измельчённые листья сирени — результат был заметён уже через несколько часов.

Люди с больными суставами, с которыми мне приходилось иметь дело, знали, наверное, больше рецептов, чем я: настаивали цветки на водке, самогоне, денатурате, керосине. Кто-то ухитрился даже настоять на растительном масле (от ревматизма мало поможет, а вот от радикулита, миалгии, артралгии послужит болеутоляющим).

И тем не менее разнообразных рецептов имеется множество. Остановимся на некоторых из них. Народные целители используют настой сирени для лечения импотенции, вызванной не воспалительными заболеваниями, а бытовыми ситуациями: измена близкого человека, обида, грубое слово, невнимание.

ИМПОТЕНЦИЯ. 2 столовые ложки свежих (или 1 сухих) цветов залить 2 стаканами кипятка. Настаивать 30 минут. Процедить. Пить по трети стакана 3 раза в день после еды. Готовить настой на 2 дня. Хранить в холодильнике. Перед употреблением в треть стакана настоя плеснуть чуток кипятку.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ И ГОРЛА. Смешать в равных частях измельчённые листья сирени и травы зверобоя. Заполнить две трети литровой банки и доверху залить 1 л водки (банку для удобства можно взять и побольше). Настоять 1 неделю, процедить. Принимать по столовой ложке 2 раза в день до еды.

ЭПИЛЕПСИЯ. 1 чайную ложку цветков залить стаканом кипятка, настоять 15–20 минут, пить по полстакана и даже по стакану 2–3 раза в день.

ВАРИКОЗ. Полную банку цветков залить полностью водкой, настоять не меньше месяца. Делать примочки и компрессы на ночь (не растирать!).

ПОЛИПЫ ЖЕЛУДКА. 2 веточки сирени белой с цветками и листьями залить двумя стаканами кипятка, настоять 10–12 часов. Пить по полстакана 3–4 раза в день за полчаса до еды. Пить 2 месяца. (Ветки с листьями и цветками засушить впрок.) В данном случае почему-то используется белая сирень.

* * *

При назначении препаратов сирени внутрь необходимо соблюдать осторожность — ещё не известно, как они вам аукнутся. Известно, например, что настой цветков сирени противопоказан при аменорее — длительной задержке менструаций у женщин. Хотя и применяется сирень при некоторых воспалительных заболеваниях почек, но нельзя назначать её при хронической почечной недостаточности, гломерулонефрите. Не принесёт сирень пользы при атонических запорах. Надо помнить, что цветы сирени в большом количестве ядовиты и лучше пользоваться листьями, почками.

Слива домашняя

Распространению экзотических и лечебных растений немало способствовали ещё в древние времена путешественники, завоеватели чужих земель. В один из военных походов на Восток не только золото и драгоценности, но и несколько сливовых деревьев привёз Александр Македонский.

Впрочем в Европе слива была задолго до появления на свет Македонского. Археологи во время раскопок свайных построек в Швейцарии, неподалёку от Цюриха, среди многочисленных находок обнаружили и косточки слив. Сейчас, конечно, трудно сказать, были эти сливы местными или привозными. Но доподлинно известно, что в Европе распространению сливы способствовали Крестовые походы. А появление культурной сливы у славянских народов относится ко времени Киевской Руси. В России культивировать сливу стали при царе Алексее Михайловиче. Несколько деревьев посадили в царском саду в Измайлово, откуда они перекочевали и в другие аристократические сады.

Слива обладает огромными лечебными свойствами. Она дезинфицирует кишечник, усиливает перистальтику, улучшает пищеварение, что уменьшает опасность атеросклероза, ревматизма, подагры.

Слива способствует снижению холестерина в крови, удалению из организма избытка солей натрия и воды. Слива невероятно полезна при лечении гипертонии и всех сердечно-сосудистых заболеваний, а также почечной недостаточности.

Слива и сливовый сок по утрам (натощак) прекрасно чистят организм, что способствует снижению кислотности желудочного сока. Это чудесное средство лечения гастритов и язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки с высокой кислотностью.

Разумеется, я целиком ссылаюсь на мнение специалистов, разве что могу, как практик, предложить некоторые испытанные рецепты. Учёные доказали, что калия в сливе содержится в 12 раз больше, чем натрия, этим и обусловлено мочегонное свойство сливы.

Следует знать, что сливы, собранные в незрелом виде, не дозревают. Лучше употреблять уже созревшие сливы, они самые лечебные. Именно они способствуют укреплению и лучшей проницаемости стенок сосудов.

Всем известно, что слива — продукт сезонный. Поэтому для длительного лечения применяют чернослив. Лучшим сортом для его приготовления считается венгерка. Чернослив обладает уникальной способностью поглощать в организме свободные радикалы. Он в два раза эффективнее других натуральных средств на ранних этапах сердечно-сосудистых заболеваний и в борьбе с раком. Сливы, благодаря наличию в них пектинов, способствуют выведению из организма радионуклидов.

Каких-либо своеобразных, малоизвестных рецептов лечения сливами у меня пока нет. То, что съеденные на ночь 10–20 черносливин действуют послабляюще, все знают и без моих советов. А вот противопоказания известны далеко не всем.

* * *

Следует учесть, что кислые сорта слив действуют закрепляюще — это было подмечено ещё древними целителями. Естественно, кислые сорта — а они, кстати, тоже вкусные — противопоказаны при язве желудка и двенадцатиперстной кишки и гастритах с высокой кислотностью. Употреблять чернослив при ожирении и сахарном диабете не рекомендуется. Нельзя увлекаться лечением сливами и её соком при гипотонии. Полезная при заболеваниях почек, она может навредить при хронической почечной недостаточности и гломерулонефрите.

Смолёвка обыкновенная

Она знакома многим, кто выбирается летом на природу. Дети любят играть с её цветками — хлопушечками. Но о лекарственных её свойствах мало кто знает. Разве что бабка-знахарка даст человеку, у которого от череды неприятностей понурое, подавленное состояние, попить чай с заваркой из высушенной травы смолёвки, и он успокоится, повеселеет.

Знатоки используют смолёвку обыкновенную, смолёвку поникшую и некоторые её виды при женских заболеваниях — маточных кровотечениях, белях, вагините, метрите.

Настой травы довольно эффективен при гастритах с повышенной кислотообразующей функцией желудка. Вспоминается один забавный случай. Повадился как-то ко мне бывший однокашник, учитель-неудачник, крепко побитый жизнью, весь истрёпанный, пытающийся приспособиться к современным условиям мелкой журналистской работой. Первая просьба, как войдёт: «У тебя есть чайная сода? И глоток во дички — запить». И так за время беседы ещё раза два попросит. «Сожжёшь желудок», — говорю ему. Он только безнадёжно рукой махнёт. Жалко мне его стало. Дал пакетик с измельчённой травой смолёвки. Научил, как пользоваться. Пришёл он месяца через три. Я по привычке потянулся за чайной содой. «Теперь не надо никакой соды, — говорит ехидно. — Твоё сено заваривал, пил — никакого толку. Зато о соде начисто забыл». То ли хорохорится, то ли признаться не хочет, что смолёвка помогла. Но соду с той поры просить перестал.

Смолёвка довольно безобидна. Отвар её соцветий пьют при хроническом бронхите, настой травы при заболеваниях почек и мочевого пузыря, при головной боли и мигрени. Отвар травы используют при рожистых воспалениях.

Но большей частью растение используется как успокаивающее средство.

УСПОКАИВАЮЩЕЕ. Для улучшения настроения, при тоске и подавленном состоянии: 2 чайные ложки травы на стакан кипятка, настоять 2 часа. Принимать по 1–2 столовые ложки 3–4 раза в день.

При тоске и подавленном состоянии, когда человек места себе не находит, можно принимать по 1 чайной ложке водочную настойку травы: 5 столовых ложек травы залить 0,5 л водки и настоять 3 недели.

ГАСТРИТ С ПОВЕШЕННОЙ СЕКРЕЦИЕЙ. 2 столовые ложки травы на 2 стакана кипятка, настоять 2 часа. Принимать по полстакана 3 раза в день до еды.

МИГРЕНЬ, БЕССОННИЦА. Так же 2 столовые ложки травы на 2 стакана кипятка, настоять 2 часа, принимать по 1/3-1/2 стакана 3 раза в день.

* * *

У смолёвки пока выявлено мало противопоказаний. Естественно, противопоказана она при гастрите с низкой или нулевой кислотностью. Смолёвку нежелательно использовать при колитах с запорами.

Смородина чёрная

В отличие от многих лекарственных и плодовых растений, чёрная смородина чисто европейский продукт. И скорее всего — русский. В Европе её начали культивировать в средние века, сначала во Франции, затем и в Германии, куда завезли её из Азии. К тому же это была красная смородина. Во Франции на неё смотрели в первое время только как на лекарственное растение. В киевских монастырях чёрную смородину разводили ещё в XI веке. Росла смородина и в монастырских садах Новгорода, Пскова, Москвы. Пересаживали её из леса. Да и название у неё чисто русское — от древнерусского слова «смородить», что означает сильный запах. Так что не знали её вкуса ни древние греки, ни римляне. Попробовали первые колонисты переселить её в Северную Америку, но она не прижилась там.

Смородина чёрная — это драгоценный ларец, доверху наполненный витаминами А, ВВ, В, Р, РР, Д, Е, К, С; макро и микроэлементами: калий, кальций, натрий, магний, медь, железо, фосфор, бор, кобальт, молибден, цинк, фтор.

Это ведь не просто перечень, а зашифрованные лекарства. Например, большое количество витаминов С, К, Р делают чёрную смородину уникальной для лечения и профилактики атеросклероза, особенно аорты. В этом сухом перечне уникальное свойство чёрной смородины стимулировать кору надпочечников при нарушении их функции Аддисоновой болезнью, а ведь эти нарушения нелегко наладить даже мощными гормональными средствами. Настой листьев смородины при грамотном дозировании выводит избыток мочевой и щавелевой кислоты, что делает результативным лечение подагры, ревматизма. Свежие ягоды и настой листьев снижают давление, тонизируют сердечно-сосудистую систему, лечат болезни почек и мочевого пузыря. Смородина является одним из лучших средств для лечения анемии, она улучшает кроветворение и кровообращение. Лечит гастрит с пониженной кислотностью. Весь этот набор витаминов и микроэлементов — одно из лучших средств при депрессии. Листья в виде чая пьют при заболеваниях кожи, диатезе, туберкулёзе лимфатических желез.

В лекарственных целях используются не только ягоды и листья, но и почки — они подавляют развитие бактерий и плесневых грибков.

Все на свете проклянёшь, продираясь сквозь урему лесной речки. Ивняки, ольха, крушина переплелись между собой. Их плотность, наверное, превышает плотность населения любого муравейника. Но вот весь исцарапанный, исхлёстанный, выходишь на более или менее свободный пятачок, а там под чёрной ольхой тянутся к свету несколько кустов чёрной смородины. Пожуёшь горсть ягод, потрёшь в пальцах душистый листок, вдыхая ни с чем не сравнимый его запах, и чувствуешь, как прибывают силы. Лечебные преимущества я нахожу в дикой лесной смородине. Потому беру её в лесу. А пригодится она при многих случаях.

НАРУШЕНИЕ РИТМА СЕРДЦА. Пить по трети стакана сока из ягод 3 раза в день. Через пару недель ритм восстанавливается.

ОХРИПЛОСТЬ ГОЛОСА. Сам издавна страдаю этим. Сок подслащиваю сахаром — 2 чайные ложки на полстакана. Принимаю по 2 столовые ложки 3 раза в день. Хорошо помогает и при кашле.

РЕВМАТИЗМ, ПОДАГРА. Даёт результаты такой настой: 10–12 штук листьев залить 0,5 л кипятка, настоять до охлаждения. Пить по полстакана 4–6 раз в день.

ГАСТРИТ С ПОНИЖЕННОЙ КИСЛОТНОСТЬЮ. Пить по трети стакана сока 5 раз в день за 20–25 минут до еды. Обладает и послабляющим действием.

АДДИСОНОВА БОЛЕЗНЬ, СТИМУЛЯЦИЯ КОРЫ НАДПОЧЕЧНИКОВ. Измельчить тонкие стебли и листья. 2 столовые ложки на 2 стакана кипятка, настоять до остывания. Пить по трети стакана 5–6 раз в день через 30–40 минут после еды.

ЗАДЕРЖКА МОЧИ (даже если это связано с простатитом), ОТЕКИ ПОЧЕЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ, КАМНИ В МОЧЕВОМ ПУЗЫРЕ. Отсчитать 20 штук ягод (свежих или сушёных), залить 23 стакана кипятка, лучше в термосе, настоять 8 часов. Принимать в тёплом виде по 1 столовой ложке 5–6 раз в день независимо от еды.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛИМФАТИЧЕСКИХ УЗЛОВ. 3 столовые ложки измельчённых листьев залить 0,5 л кипятка. Настоять 2 часа, процедить. Принимать по трети или половине стакана 4 раза в день. Лечение длительное.

* * *

При всей очевидной полезности смородина не всеми больными переносится легко и одинаково. К примеру, рекомендуют её при заболевании печени, а вот при гепатите свежие ягоды и сок употреблять нельзя.

Противопоказана смородина при гиперацидных гастритах, язве желудка и двенадцатиперстной кишки с высокой кислотностью желудочного сока.

Не рекомендуют смородину при повышенной свёртываемости крови, тромбофлебите (из-за витамина К и фенольных соединений). Имеются указания на то, что лечебное применение смородины противопоказано при беременности.

Солерос европейский

В народе её называют солец-травой, солонешной травой, соляной, потому что излюбленным местом для неё являются солончаки, морские побережья и берега солёных озёр, а вдали от морей — гипсоносные залежи, так что её можно встретить и в горах на высоте три тысячи метров. Используются корни, ветвистый стебель, нередко краснеющий (листья отсутствуют).

Отвар травы улучшает пищеварение, помогает при хронических запорах, оказывает полезное действие при циститах, нефритах, водянке. Установлено, что солерос замедляет рост злокачественных опухолей и избыточный рост грануляций.

Среди местного населения Красноярского края очень популярна водочная настойка свежей травы, которую втирают в суставы как противовоспалительное, болеутоляющее средство при подагре, ревматизме.

Растение съедобное, в свежем виде идёт на супы и салаты. Солеросом начинает интересоваться научная медицина (видимо, возможностью применения в онкологии). Рецепты давать бесполезно, так как разнообразие солей сильно зависит от места произрастания (солерос содержит растворимые сернокислые соли калия, натрия, магния). На Соловецких островах, в Крыму или по всей Сибири растение может отличаться количеством солей, антоцианов, хлоридом или карбонатом натрия. Так что и рецепты могут быть большей частью местными.

* * *

Противопоказанием к применению солероса является его склонность к образованию камней — в почках, желчном и мочевом пузыре (солерос содержит оксалаты). Нежелательно применять его при энтероколитах, гастритах, язвенной болезни желудка, особенно в период обострения (в траве очень много соды и поташа).

Солодка голая, солодка уральская

Одно из самых древних лекарственных растений, часто упоминаемое в папирусе Эберса. Солодка была излюбленным лекарством врачей Китая, Индии, Тибета. Позже взяли его на вооружение медики Греции. Солодковый корень им поставляли скифы, увозя взамен золотые украшения, дорогие ткани, вино, оливковое масло.

Корень в ту пору так и называли «скифским». Вначале корень использовался как слабительное и отхаркивающее, потом, с появлением более эффективных средств, солодка начала отходить на второй план, хотя тибетская медицина и оставалась верной ей. В их трактате «Чжудши» указывалось, что солодка «упитывает», «придаёт цветущий вид», «способствует долголетию и лучшему отправлению шести чувств».

Прошли тысячелетия, и интерес к солодке снова возрос. Современные учёные, изучив химический состав и расшифровав строение глицирризиновой кислоты, напоминающей строение гормонов, вырабатываемых корковым слоем надпочечников, создали лекарства от, казалось бы, неизлечимых болезней, например, болезни Аддисона (недостаточная секреция кортикостероидных гормонов надпочечниками).

Препараты солодки применяются в народной медицине и по сей день при туберкулёзе лёгких, сухом бронхите, при отравлении мясом и грибами, как мочегонное, при хронических запорах, при заболеваниях, связанных с нарушением водного и минерального обмена, при геморрое, язве желудка и двенадцатиперстной кишки, при раке.

АДЕНОМА ПРОСТАТЫ. 1 столовую ложку корней залить 0,5 л воды, довести до кипения, на самом слабом огне дать покипеть 10 минут, после остывания процедить. Принимать по 23 стакана 3 раза в день за 30–40 минут до еды на протяжении 3 недель. (Затем 3 недели пьют отвар корней лопуха — приготовление такое же, и снова возвращаются к солодке, затем чередуют отваром корня лопуха, и так попеременно ведётся лечение.)

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ. Смешать поровну измельчённые корни солодки и траву спорыша. 3 столовые ложки сбора на пол-литра воды, кипятить 5 минут, настоять полчаса, процедить. Выпить за день в 5–6 приёмов.

БРОНХИАЛЬНАЯ АСТМА, БРОНХИТ. 30 г корня солодки на 0,5 л воды, довести до кипения и на самом слабом огне подержать 10 минут, после остывания процедить. Принимать по 1 столовой ложке 4 раза в день.

РЕВМАТОИДНЫЙ АРТРИТ, ЭКЗЕМА. 10 граммов корня поместить в эмалированную посуду, залить 200 мл кипятка, нагревать в кипящей водяной бане под плотной крышкой 15–20 минут, настоять 40 минут, процедить, добавить кипячёной воды до первоначального объёма. Принимать по 1 столовой ложке 4–5 раз в день вне зависимости от еды.

* * *

У солодки имеются и серьёзные противопоказания. Прежде всего она противопоказана при повышенной активности надпочечников. Следует помнить, что солодка повышает давление, а это недопустимо при гипертонии. При длительном и неумеренном употреблении нарушается диурез, увеличиваются отеки. При сердечной недостаточности солодкой пользоваться нельзя. У некоторых больных она вызывает раздражение слизистой оболочки пищеварительного тракта.

При лечении солодкой наблюдаются и нарушения в половой сфере — ослабление либидо, развитие гинекомастии, набухание грудных желез, ограничение или исчезновение оволосения на лобке. Солодка способна задерживать жидкость в организме. Нельзя применять при ожирении и беременности.

Сосна обыкновенная

Кто из нас не пользовался отварами её почек при простуде, гриппе, бронхитах, пневмонии? Кто из больных не принимал оздоравливающие хвойные ванны? Разве при миозите, невралгии, люмбаго, ишиасе, радикулите не обращаемся мы к мазям и линиментам на основе скипидара, дарованного сосной?

Прекрасна живица сосны, излечивающая катар и язву желудка, трещины на губах, раны, фурункулёз, мокнущую экзему. Чай или отвар из незрелых шишек пьют при туберкулёзе лёгких, а настойку на воде — при болях в сердце. Нет нужды перечислять все те заболевания, вплоть до грозного рака, когда на помощь приходит сосна.

Весной, во второй половине мая, я караулю начало цветения сосны. Хорошо, если погода стоит пасмурная безветренная — мужские цветки, как бочонки, битком набиты золотистой пыльцой. А поднимется ветер — половину выдует. И жара в это время не нужна, сосна дольше будет цвести. Я спешу наполнить корзину этим бесценным даром природы. Вообще считаю, что древесные цветы — одно из сильнейших лекарств. А сосновые — тем более.

В эту прекрасную майскую пору сосна одаривает меня ещё двумя ценнейшими лекарствами. И здесь придётся поделиться своими секретами.

Часть свежих цветков с пыльцой я сразу заливаю водкой — цветков две трети банки и доверху заливаю водкой. Пускай настаиваются до осени.

Другую часть цветков сушу, расстилая под крышей тонким слоем — они тоже пригодятся и в отварах, и в настойках, а часть высыпавшейся пыльцы тоже найдёт своё применение.

Второй дар сосны — зародыши будущих шишек. Маленькие, величиной с напёрсток, они пока очень мягкие и нежные. Можно, конечно, собрать их и значительно позже, но тогда они уже огрубеют. И предназначение у них совсем другое. Я ещё приду за ними, а пока беру «малышей».

Третий дар — «свечки». Это нынешний подрост на макушке, и легче их брать с молодых сосен. И вот так за один сбор — три долгожданные удачи.

Начну с последней. Я долго искал средство против брадикардии — замедления частоты сердечных сокращений (50 и менее ударов в минуту), когда человек буквально валится с ног от бессилия, жалуется на головные боли. Про таких говорят: еле-еле душа в теле. Кордиамин и капли Зеленина практически не помогают. Полежит человек в кардиологии, накачают его там капельницами, а через неделю-другую он опять весь обмякнет.

Выручили меня «свечки» сосны — длинные, смолистые. Сушить их лучше всего в полотняном мешочке в тёмном, теплом месте. Это на всякий случай, на зиму. Я предпочитаю готовить лекарство из свежих «свечек»: мелко порежу, заполню ими две трети банки и доверху залью водкой. Ставлю банку на подоконник — настойка солнца не боится. Выстаиваю две недели, потом и процеживать можно. При брадикардии принимать нужно ежедневно по 20 капель 3 раза в день за полчаса до еды на столовой ложке воды. Длительно, 1–2 месяца, иногда и подольше — пока пульс не выровняется и не станет стабильным. Зачастую достаточно бывает провести только один такой курс.

Шишек-малышек требуется много: 75–80 штук на литр воды. И на каждый литр воды потребуется 1 кг сахара. Сначала в эмалированное ведро или кастрюлю отсчитываешь шишки. Допустим, 400 штук на 5 л воды. Варишь их при лёгком кипении, пока не сделаются совсем мягкими. После процеживания шишки выбрасываешь, а в отвар насыпаешь 5 кг сахара и снова варишь, пока весь сахар не растворится. Сосновый мёд готов. Чтобы он не засахаривался, кладу неполную чайную ложку лимонной кислоты. Мёд переливаю в банки и убираю в холодильник — он не портится.

При лейкозах, раке лёгких, желудка и кишечника, да и почти при всех злокачественных опухолях даю больному смесь соснового мёда и настойки цветков сосны (смешиваю в разной пропорции, в зависимости от индивидуальных показаний), и назначаю обычно по чайной ложке 3 раза в день, а в отдельных случаях по столовой ложке 3–4 раза в день до еды, обязательно в комплексе с необходимыми травяными настоями. После первого же курса лечения онкологические больные сами начинают просить ввести в курс лечения сосновый мёд с цветками сосны. И лечение, следует отметить, становится более эффективным. Пробовал я давать только один сосновый мёд или отдельно настойку цветков с пыльцой — действие их совсем иное, не столь заметное, хотя несомненная польза от них имеется. Ведь маленьким детям с лейкозом не добавишь в мёд спиртовую настойку, а диабетикам пойдёт только настойка без мёда.

На Иванов день (в день Ивана Купалы) шишки можно собрать — во второй раз — они уже оформившиеся, твёрдые, хотя ещё остаются зелёными — они годятся для спиртовой настойки.

ГИПЕРТОНИЯ. 10–12 шишек, собранных на Иванов день, залить 1 л водки, настоять 7-19 дней. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день на воде или запивая водой в течение 1,5–2 месяцев — стабильное рабочее давление установится на долгий срок. Кстати, настойка полезна и при гастрите — принимать до еды.

ЯЗВЕННАЯ БОЛЕЗНЬ ЖЕЛУДКА. Такие же зелёные шишки уложить на треть банки, доверху залить водкой и настоять в тепле 1 неделю. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день за полчаса до еды в течение 1–2 месяцев.

Другой рецепт: маленькую горошину живицы растворить в стакане горячего молока. Принимать 3 раза в день по стакану за полчаса до еды.

ХРОНИЧЕСКИЙ ГЕПАТИТ. Прекрасным средством считается такое средство: 1 кг свежей измельчённой хвои сосны смешать с 1 кг сахара, залить 2 л холодной кипячёной воды, хорошо перемешать, герметично закрыть, летом настоять в жару 3–4 дня, зимой — в тепле — 10 дней. Принимать по 200 мл 3 раза в день за полчаса до еды.

РАССЕЯННЫЙ СКЛЕРОЗ, МИОПАТИЯ, ОБЛИТЕРИРУЮЩИЙ ЭНДАРТЕРИИТ, ДИСТОНИЯ СОСУДОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА, СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ. Взять 5 столовых ложек свежей сосновой хвои, 2 столовые ложки ягод шиповника (при тромбофлебите — боярышник), добавить 2 столовые ложки луковой шелухи и залить 0,5–1 л воды. Довести до кипения и варить 10 минут, настоять ночь в тепле. Принимать вместо воды от 0,5 до 1,5 л в сутки в тёплом виде. Готовить ежедневно свежий отвар.

АДЕНОМА ПРОСТАТЫ, ФИБРОМИОМА, КИСТА НА МАТКЕ ИЛИ ЯИЧНИКЕ. Готовится «липучка»: 100 г сосновой канифоли, 20 г пчелиного воска, 20 г подсолнечного масла. Поставить на водяную баню и помешивать. Состав наносится на льняной лоскут и лепится к больному месту на 2–3 суток (женщинам накладывать на низ живота, сбрив волосы). Этого состава хватит на 4 пластыря.

Для аденомы простаты нужно 200 г канифоли, 40 г воска и 40 г подсолнечного масла. Пластырь лепить в промежность.

Считается эффективным средством вообще при опухолях любой этиологии и воспалении тканей.

* * *

Однако и от сосны можно ждать неприятностей. Препараты из хвои, почек, шишек сосны противопоказаны при гломерулонефрите. Казалось бы, хвоей можно лечить гепатит, но только хронический, а при остром течении болезни от сосны придётся отказаться. Хвойные препараты, принимаемые в неумеренных дозах (какой, мол, вред от сосны!) могут вызвать воспаление слизистой желудочно-кишечного тракта, паренхимы почек, а также головную боль, общее недомогание. Препараты, включающие скипидар, противопоказаны при нефритах и нефрозах. Не всегда может оказаться безобидной принятая внутрь живица. С осторожностью должны подходить к некоторым лекарствам из сосны гипотоники. С пыльцой и шишками надо быть осторожным при тромбозах.

Полезными считаются прогулки в сосновом бору, но только не для больных с ярко выраженной сердечной недостаточностью: фитонциды сосны, особенно весной — испытано на себе, — обостряют стенокардию и, вызывая тяжёлые приступы, могут привести к печальным последствиям.

Соссюрея горькая, соссюрея спорная

Оба эти родственные растения, как и некоторые другие разновидности соссюреи, пользуются известностью лишь у некоторых знатоков народной медицины при лечении ревматоидных артритов, полиартритов. Настой травы или листьев дают пить при глаукоме, лёгочных заболеваниях, при гастритах, колитах, желудочно-кишечной колике и поносах, как кровоостанавливающее при внутренних кровотечениях.

От артритов и гастритов можно было бы найти немало других трав, но соссюрея горькая и некоторые другие её разновидности интересны прежде всего тем, что обладают противоопухолевой активностью. В тибетской медицине отвар травы или листьев применялся при злокачественных новообразованиях, а тибетцы не с потолка это взяли. Ими руководила практика. А если б они знали химический состав соссюреи горькой, то сразу бы обратили внимание на сесквитерпеноид, проявляющий цитотоксическую, противоопухолевую и антибактериальную активность. А ведь растение не относится к редким. Это сизоватое, обычно шершавое, невысокое — до колена — растение, с плотными щитковидно-метельчатыми соцветиями, с розовыми цветками можно увидеть не только на Украине или в Сибири, но и у нас в Башкирии. Следовало бы повнимательнее отнестись к нему, учитывая и то, что настойка корней обладает ещё туберкулостатической и антипротозойной активностью.

Если кто-то из нуждающихся раздобудет соссюрею, может воспользоваться такими рецептами.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ. 1 столовую ложку измельчённых корней залить стаканом воды, довести до кипения и тихонько кипятить 5 минут, затем настоять 2 часа, процедить. Принимать по 2 столовые ложки 3 раза в день вне зависимости от еды.

РЕВМАТОИДНЫЙ ПОЛИАРТРИТ. 1 столовую ложку сухой измельчённой травы на стакан воды, кипятить в закрытой посуде 7–8 минут, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1–2 столовые ложки 3–4 раза в день до еды. Особенно эффективно при инфекционно-аллергическом полиартрите.

* * *

Противопоказаниями к использованию соссюреи могут послужить кишечные заболевания с запорами. Осторожно при повышенной свёртываемости крови (растение обладает гемостатическими свойствами). Нежелательно долго пользоваться при гипертонии.

Софора толстоплодная

Я решил коснуться её специально, чтобы не путали с софорой японской, о которой речь пойдёт впереди. Это совершенно разные растения. И, чтобы не ввели вас в заблуждение, запомните: у софоры толстоплодной стручки с мало выраженной посередине перетяжкой, бобы коричневые с округлым рубчиком, а у софоры японской перетяжки чёткие, семена чёрные.

Софора толстоплодная (горчак) растёт в предгорьях Средней Азии, травянистое растение высотою в полметра. В лечебных целях используется трава, из которой получают лекарственный препарат пахикарин, который рекомендован при лечении облитерирующего эндартериита, мышечной дистрофии, в качестве родовспомогательного средства.

* * *

Препараты софоры толстоплодной противопоказаны при заболеваниях печени, почек, нарушениях сердечной деятельности, стенокардии, беременности.

Софора желтоватая

Софора желтоватая — тоже травянистое растение, только не азиатское, а дальневосточное. Бобы темновато-коричневые, почти четырёхгранные, с перетяжками между удлинёнными участками, семена овальные. Знать об этой софоре тоже желательно — не подсунут как японскую. Но можно приобрести для лечебных целей, если имеется возможность.

В тибетской медицине порошок, отвар или сухой водный экстракт применяются при неврастении, невритах, туберкулёзе лёгких, бронхов, малярии и инфекционных заболеваниях и как жаропонижающее. В китайской медицине корни и семена используют для изгнания аскарид. Корни используют при дизентерии, поносе и вместе с тем как нежное слабительное, возбуждающее аппетит, тонизирующее и общеукрепляющее средство. Усиливает функцию половых желез. Софора желтоватая применяется также при маточных кровотечениях, белях, опущении матки, воспалениях придатков, а также при геморрое, кишечных кровотечениях, при бронхите как отхаркивающее, туберкулёзе лёгких, для возбуждения дыхания.

Отвар корней используется как седативное, при лихорадке, желтухе, скрофулёзе, злокачественных опухолях. Настой корней является болеутоляющим средством при гайморите, головных болях и ревматизме. Корни обладают наркотическим действием, и их используют при острых хронических инфекциях, гнойных ранах. Во вьетнамской медицине корни используют как тонизирующее средство.

В Приморье спиртовый экстракт корней употребляется для растираний при ревматизме, примочки из отвара корней — при экземе. У нанайцев, удэгейцев и ульчей — при различных заболеваниях желудка.

Сведения о софоре желтоватой я привёл для любознательных, хотя какзнать — кто-нибудь раздобудет семена или корни для лечения у китайцев или вьетнамцев. Сам я софорой желтоватой не пользовался, но несколькими рецептами располагаю.

НЕВРИТ ЛИЦЕВОГО НЕРВА. 10 г сухих измельчённых корней на стакан воды, кипятить 10–12 минут на водяной бане, настоять 1 час, процедить. Долить кипячёной воды до прежнего объёма. Принимать по четверти стакана 3–4 раза в день.

ТУБЕРКУЛЁЗ. 12 г измельчённых сухих корней на стакан кипятка, закрыть крышкой и настоять 2 часа. Пить по четверти стакана 3–4 раза в день.

ЭКЗЕМА. 20 г измельчённых сухих корней на стакан 70 % спирта, настаивать 5–7 дней, профильтровать. Пить по 30 капель 3–4 раза в день на воде.

* * *

Применение софоры желтоватой противопоказано при гипертонии, так как она обладает сосудосуживающим действием. Во время лечения софорой желтоватой исключить сильные снотворные средства — можно не проснуться. С осторожностью пользоваться при тромбозах и тромбофлебите, при сгущении крови, так как препараты увеличивают свёртываемость крови, а при сужении сосудов это может грозить большими неприятностями.

Софора японская

В отличие от софоры толстоплодной и желтоватой, софора японская — довольно высокое дерево (до 25 метров) с густой раскидистой кроной. И ничего общего с теми двумя софорами не имеет.

Родом из Японии и Китая, это деревце, очень напоминающее белую акацию, пробило себе дорогу в сады и парки Крыма, Кавказа, Средней Азии. С лекарственной целью применяются нераспустившиеся бутоны цветков и плоды. Настойку из них применяют в народной медицине для укрепления сосудов, при внутренних кровотечениях различного происхождения, при стенокардии, атеросклерозе, сахарном диабете, гипертонии, ревматизме, геморрагическом диатезе, капилляротоксикозе, сепсисе, тромбофлебите, заболеваниях желудка и двенадцатиперстной кишки, язвенном колите, болезнях печени, геморрое. Наружно — при ожогах и обморожениях, туберкулёзе кожи, волчанке, гайморите, мастите, трофических язвах, псориазе, грибковых поражениях кожи. Был такой случай, когда софорой мне удалось за две недели вылечить термический ожог глаз, в то время как во врачебной практике на это уходит не менее трёх-четырёх месяцев. Убедился я и в том, что софора бывает незаменимой не только для профилактики, но и при лечении инфаркта миокарда, кровоизлияния в мозг, а также полностью рассасывает кровоподтёки при ушибах, гематомы.

Софора японская являлась непременным компонентом в комплексе лечения острых лейкозов. Применял я её настойку и при раке разной локализации, при саркоме. Для настойки использовал плоды: три четверти банки (любой ёмкости) измельчённых стручков и доверху залить водкой. Настаивать не меньше месяца. В некоторых случаях настаивал три месяца, чтобы извлечь из плодов очень ценные, но труднорастворимые вещества.

МАКУЛОДИСТРОФИЯ. Это прогрессирующая дистрофия сетчатки глаза в области жёлтого пятна. Поддаётся лечению лазером, но и этот рецепт имеет право на существование и относится к результативным. Готовится настойка из расчёта 50 г плодов софоры японской на 0,5 л водки. Настоять месяц. Принимать по 1 чайной ложке 3 раза в день после еды в рюмке воды (в травяном настое). Почему говорю в настое — хорошо сочетать лечение с диоскореей кавказской: 10 г корней на стакан воды, кипятить 20 минут на слабом огне, настоять 4 часа, процедить. Долить воды до первоначального объёма. Принимать по четверти стакана 4 раза в день за 20–30 минут до еды. В этом случае софору можно вливать в настой диоскореи. Курс лечения 3 недели. Перерыв 10 дней, затем лечение продолжить. В зависимости от запущенности болезни, можно провести несколько таких курсов до полного излечения.

ПСОРИАЗ. Принимать такую же настойку по чайной ложке 3 раза в день за полчаса до еды, запивая половиной стакана воды на протяжении 3–4 месяцев. Одновременно наносить на поражённые места мазь. Для этого 200 г плодов софоры настоять в 250 мл спирта в течение 20 дней, затем смешать с таким же количеством вазелина и добавить 25 г золы сожжённых стеблей шиповника, хорошенько перемешать. Кстати, настойку можно прикладывать и на бляшки, закрыть полиэтиленом, зафиксировать, чтобы не проникал воздух. Запомните: псориаз не любит доступа воздуха.

ГЕМОРРАГИЧЕСКИЙ ДИАТЕЗ. Принимать по 1 чайной ложке настойку плодов софоры 2–3 раза в день за полчаса до еды, запивая настоем зверобоя или тысячелистника. Такое лечение приносит пользу и при ЯЗВЕННОМ КОЛИТЕ, ЯЗВЕ ЖЕЛУДКА.

* * *

Каких-либо серьёзных противопоказаний не наблюдалось, разве что софору японскую приходится назначать при гипотонии не отдельно, а в комплексе с другими средствами, которые уравновешивали бы её гипотензивное действие.

Стальник пашенный

Растение довольно распространённое, травянистое, с прямыми приподнимающимися стеблями красно-бурого цвета, цветки мотылькового типа, крупные, розовые, сидят по паре в пазухах листьев, образуя густые колосовидные соцветия. Любит сырые луга, окраины болот, но не пренебрегает и глинистыми, щебнистыми почва-

Используются у него корни, часто скрученные, с бурой бугорчатой корой. Мыть и сушить надо быстро, хранить в сухом месте — они гигроскопичны, быстро втягивают в себя влагу.

Редкий травник обходится без стальника. Не потому, что он чрезвычайно ценный, а по той причине, что даёт быстрый результат.

Чаще всего используют стальник при геморрое, особенно в стадии обострения, при трещинах сфинктера прямой кишки. Отвар корней нормализует стул, улучшает самочувствие и прекращает кровотечение уже после первой недели лечения.

Кроме того, после приёма стальника незамедлительно снижается давление. Находит он и другое применение: при подагре, асците, головной боли, мочекаменной болезни, воспалении почек, простатите, отёках сердечного и почечного происхождения, в виде примочек — при экземе.

ГЕМОРРОЙ. Даже при хроническом комбинированном геморрое третьей стадии стальник — наилучшее средство. 1. Водочная настойка корней готовится из расчёта 1:5. Принимают по 40 капель 3 раза в день. 2. Либо отвар: 1 столовую ложку корней заливают стаканом кипятка, парят на водяной бане 30 минут, после остывания процеживают и пьют по четверти стакана 3 раза в день до еды и последний приём на ночь. Курс 2, 5–3 недели. Если добавить сок рябины 1–2 рюмки 2–3 раза в день, заедая мёдом — исчезнет даже внутренний геморрой.

* * *

Препараты стальника при регулярном применении противопоказаны при язвенных колитах и поносах. Противопоказана при гипотонии. При заболеваниях сердца стальник может спровоцировать аритмию.

Сумах дубильный

Кустарник этот южный, растущий в Крыму, на Кавказе, в Западном Копет-даге и Памиро-Алае. Используются листья и плоды, которые могут быть завезены в любые районы страны. В гомеопатии листья используют при параличе, астении, ревматизме, подагре. Спиртовый экстракт и настой в народе пьют в начальной стадии сахарного диабета, настой семян при язвенном колите, гонорее, холере, сильной рвоте.

Ветви и листья сумаха используются как сырьё для получения медицинского танина. Он используется как детоксикационное при отравлении солями алкалоидов и тяжёлых металлов. В народе, понятия не имеющем о танинах, лечат кровохарканье, воспалительные процессы рта, гортани, острые и хронические колиты, энтериты, энтероколиты. Настоем листьев промывают глаза. Порошок из плодов используют при гастритах, гепатохолециститах. В общем, находят самое разнообразное применение этому растению.

АСТЕНИЯ. При слабости и вялости, вызванной астенией, заваривают 1 чайную ложку свежих листьев в стакане кипятка, настаивают 1 час, принимают по 1–2 столовые ложки 3 раза в день.

САХАРНЫЙ ДИАБЕТ. Местное население заваривает 1 чайную ложку плодов в стакане кипятка, настаивают 1 час, пьют по 1–2 столовые ложки 3–4 раза в день.

ЯЗВЕННЫЙ КОЛИТ. Для этого 2 столовые ложки семян заливают полутора стаканами кипятка, настаивают 2 часа, процеживают и принимают по 2 столовые ложки 3 раза в день.

* * *

Если народные целители предложат вам сумах, то учтите, что нельзя пользоваться им при острых и хронических гастритах, язвенной болезни желудка с повышенной секрецией желудочного сока. Сумах противопоказан больным с повышенной свёртываемостью крови из-за опасности возникновения тромбоза.

Сурепка обыкновенная

Вкусны молоденькие стебли этого вездесущего сорняка, нежные весенние листья идут в салаты. Полезна сурепка не только при гиповитаминозах. Мне самому приходилось прибегать к её помощи после инфаркта и инсульта. За одно только это ей низкий поклон. Впрочем, это не моё изобретение: в народе издавна лечат её соком, и свежей травой параличи, «мозговой удар» — апоплексию. Назначают её и при эпилепсии. Свежая сурепка, в особенности отжатый из цветущей травы сок, испытаны при пониженной половой деятельности, недостаточной выработке спермы. Сильное мочегонное действие сурепки используется при водянке, отёках, заболеваниях почек, аденоме простаты. Даже при общей слабости даст силу чай, заваренный из сушёной травы.

ЭПИЛЕПСИЯ, НЕВРАСТЕНИЯ, ПОВЫШЕНИЕ ПОЛОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ НЕДОСТАТОЧНОЙ ВЫРАБОТКЕ СПЕРМЫ. 20 г травы на стакан кипятка, настоять 3 часа, принимать по 40 мл 4 раза в день. Сурепка цветёт все лето. Лучше использовать свежий сок травы, выпивая по рюмке (30 мл) 2–3 раза в день в течение 1–2 месяцев, и тогда будет отлажен механизм сперматогенеза даже у пожилого мужчины.

* * *

Химический состав сурепки не изучен. И ещё не известно, какие другие таланты она в себе таит. Нет никаких сведений и о противопоказаниях. Единственный вывод, который я сделал для себя: осторожнее надо быть с сурепкой при повышенной кровоточивости. Вполне возможно, не следует увлекаться ею при наличии камней в почках и мочевом пузыре — как бы они, сдвинутые с места, не застряли в мочеточнике.

Сусак зонтичный

Обычный обитатель рек, озёр и стариц. При необходимости в лечебных целях используются корневища, листья, семена. Кстати, из его корневищ в голодные годы мололи муку и пекли лепёшки, хлеб, варили кашу. Отвар семян и корневищ сусака применяют в народе от асцита — водянки живота. Соком смазывают кожу при дерматозах, лейкодермии.

КАШЕЛЬ. В нашей природе сусак встречается часто, и при необходимости каждый может воспользоваться им. Правда, диапазон его действия невелик. Но ведь не побежишь при обычном кашле за алтеем, который, кстати, редок, а сусак — вот он. Собирал разные водные растения, попутно прихватил и его. При кашле 1 столовую ложку корневищ надо залить стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Пить по 1–2 столовые ложки 3 раза в день до еды. В тот же день кашель станет мягче, а через несколько дней и вовсе забудешь о нём.

АСЦИТ, ОТЕКИ. С ними посложнее. Не всякая мочегонная трава удалит лишнюю воду из организма. Вспоминаю, даже хвалёный Носалем дрок при асците давал нулевой результат. А попробуем воспользоваться незнакомцем, о котором и знаем только понаслышке. Берёшь всего 1 чайную ложку семян сусака на стакан воды, кипятишь на слабом огне 5 минут, настоишь 1 час. И принимаешь по 1–2 столовые ложки 3 раза в день. Насчёт асцита не могу поручиться, возможно, придётся пить неделю или две, а отеки с лица исчезают, отёкшие ноги через пару дней обретают форму и лёгкость. Ведь не на популярность растения надо смотреть, а на то, способно ли оно помочь тебе.

* * *

Отвар корневищ проявляет себя как слабительное — при склонности к жидкому стулу такой отвар противопоказан. Нельзя применять сусак и при меноррагии, так как он усиливает менструацию. Противопоказан при беременности.

Сушеница топяная

В любой литературе можно вычитать, что траву сушеницы применяют при хронических гастритах, язве желудка, болях в нём, вздутии и изжоге, а также при повышенной нервной возбудимости и бессоннице, учащённом сердцебиении, приливе крови к голове, головной боли. Настой травы используют при туберкулёзе, сахарном диабете и даже раковых заболеваниях. При тромбофлебите делают ножные ванны из настоя травы.

ЯЗВЫ И ЭРОЗИЯ МАТКИ. Хороший эффект получен при лечении эрозии и язвы матки отваром измельчённой травы сушеницы болотной. 1 столовую ложку травы залить 1,5 стаканами кипятка. Варить на слабом огне 20 минут, настоять, укутав, 30 минут, процедить. Применять для спринцевания 1–2 раза в день до наступления лечебного эффекта. Другой способ ещё лучше. В эмалированную посуду налить 0,5 л растительного масла, вскипятить, немного охладить. Пол-литровую банку на 2/3 заполнить сухой измельчённой травой и залить кипячёным маслом. Настоять в тёмном прохладном месте 2 недели, затем на водяной бане нагревать в течение 2 часов. Остудить. Отжать. Укупорив, хранить в прохладном месте. При эрозии шейки матки вставлять во влагалище ватные тампоны, обильно смоченные маслом, на 10–15 часов.

* * *

В сущности, растение безвредное и противопоказаний к нему не так уж много. Прежде всего необходимо отказаться от сушеницы топяной при брадикардии. Не следует применять её длительным курсом при гипотонии, вегетососудистой дистонии по гипотоническому типу. При лечении сушеницей приходится учитывать и то обстоятельство, что при приёме внутрь она расширяет периферические кровеносные сосуды.

Тамус обыкновенный

Ей было семнадцать лет, и столько было в ней юной красоты и обаяния, что даже при мимолётной встрече и сказанных при этом ничего не значащих двух-трёх словах на душе весь день было светло и празднично. У неё даже имя было неземное, чуть ли не сказочное — Эля. Нет, я не был влюблён в неё, просто любовался (я считал её старше себя, хотя и были мы сверстниками). С отцом и матерью она жила на соседней улице. Наши родители дружили. В разговорах между ними я столько раз слышал: «У Элечки так сильно болят коленки, что каждое утро чуть не плачет, пока немножко не расходится. Эх, достать бы адамова корня побольше. Говорят, не столько настойка, сколько сок для растираний помогает».

Эля сразу после школы вышла замуж за красавца летчика, уехала с ним на Дальний Восток. Ей не становилось лучше. Потом они уехали в Ленинград. Лётчик дослужился до генеральского чина, а Элю приковало к инвалидной коляске. «И адамов корень не помог», — горестно вздыхала её мать. А у меня протестующе сжималось сердце: до чего же может быть жестокой природа к своему же прекрасному творению!

Почему я вспомнил эту давнюю историю? В память врезалась неистребимая вера людей в чудодейственный корень. Она, эта неистовая вера в чудо-лекарство, и по сей день сбивает с толку многих людей. У Эли был ревматоидный полиартрит. Да, медицина и по сей день не в силах справиться с некоторыми формами этой болезни. Но есть травники, которые за год-два поставили бы девушку на ноги. Правда, в годы советской власти преследовались законом «дедовские» методы лечения, народная медицина была загнана в подполье, но всё-таки существовала и творила иногда чудеса — ради искусства врачевания, а не наживы.

Да, тамус обыкновенный, или, как называют его в народе, адамов корень, население Кавказа и Крыма применяет в виде настойки и сока для натираний при болях в суставах, ишиасе, радикулите. Вылечить полностью это не вылечит, но боль снимет. Здесь я не устаю повторять, что при хронических, тем более очень серьёзных, сложных болезнях, только одним растением не обойтись, необходим грамотно составленный комплекс. И не такой, когда в один мешочек ссыпают два-три десятка видов растений, а иногда и больше, с гордостью указывая: мол, тут сорок семь разных трав! Многокомпонентные сборы, спору нет, имеют право на существование, особенно для здоровых людей — ради профилактики, поддержания общего тонуса организма. А лечебный комплекс — это совсем другой подход к лечению, причём к конкретной болезни. Здесь целенаправленно подбираются от дельные травы и настойки, совместимые друг с другом и усиливающие действие друг друга. И лечение длится долго, год или два, а иногда и больше, если действительно собираешься вернуть человеку здоровье.

И когда сидишь и беседуешь с очень больным человеком, ломая голову над тем, как ему помочь, я невольно вспоминаю прелестное юное существо: а сегодня, уже достаточно набравшийся опыта, смог бы я помочь ей или нет? Не знаю. Но постарался бы приложить для этого все силы, тем более в начале болезни, не уповая на один только тамус.

Татарник колючий

Сразу вспоминается рассказ Л. Толстого «После бала». Писатель дал хороший портрет этого колючего растения, показал, каких трудов стоит оторвать цветок. Но и он не смог бы представить себе, сколько приходится возиться с этим растением травнику для того, чтобы превратить его в лекарство. Чего стоит одни колючки удалить, чтобы они, не дай бог, не попали в высушенную измельчённую траву и тем более в порошок, приготовленный из листьев.

Татарник колючий пользуется уважением среди травников, особенно при лечении злокачественных опухолей и гнойных ран.

Впрочем находит он применение и от других болезней. Авиценна писал: «Отвар его корня полезен от кровотечения у женщин, введение его в задний проход и купание в его отваре помогает от опухолей заднего прохода…» Вероятно, имеется в виду рак прямой кишки. Во всяком случае, такое (несколько видоизменённое) лечение остаётся злободневным по сей день. Не отрицают противоопухолевого действия татарника и врачи. Они сами рекомендуют его в качестве профилактического средства после удаления опухолей, а также для лечения кожных язв, красной волчанки, скрофулёза (туберкулёз лимфатических узлов, приводящий к образованию абсцессов и изъязвлениям).

В народной медицине татарником пользуются при бронхиальной астме, бронхитах, сердечных неврозах, при столбняке, заболеваниях почек, мочевого пузыря, ревматизме, отёках разного происхождения.

Для лечения бронхитов, почек или отёков, допустим, существует множество других растений, а вот при злокачественных опухолях ценней татарник. Я тоже по мере возможности стараюсь использовать его. Настаиваю цветки на водке: больше половины банки цветков заливаю доверху водкой, настаиваю месяц. Настойка цветков входит в некоторые мои противоопухолевые бальзамы. Да и народными рецептами не пренебрегаю.

РАК ЖЕЛУДКА. 1 столовая ложка измельчённых листьев на стакан кипятка, настоять 1 час, процедить. Пить по 1 стакану 3–4 раза в день после еды. Кроме того, настой лечит ЦИСТИТ, обладает мочегонным действием.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Листья измельчить в порошок и принимать по 1 чайной ложке 3–4 раза в день до еды, запивая водой.

РАК КОЖИ, ВОЛЧАНКА, СКРОФУЛЁЗ. Заваривать из расчёта 1 столовая ложка травы на стакан кипятка, настоять 4 часа, процедить. Пить по полстакана 3–4 раза в день до еды. Наружно для обмываний и примочек — заваривать 3–4 столовые ложки на стакан кипятка, настоять так же 4 часа.

При раке кожи свежим соком растения тушировать поражённые места.

ГЕМОРРОЙ. Принимать по 1 чайной ложке порошка из листьев 3 раза в день до улучшения.

* * *

Татарник даже при длительном применении не вызывает побочных явлений. С осторожностью применяют при гипертонии, может слегка повысить давление, хотя и считают, что он регулирует артериальное давление, почему без опаски применяют его при инсультах, инфарктах, психических заболеваниях.

Термопсис ланцетовидный

Термопсис на слуху у многих. По себе помню: чуть простыл, надышался холодным воздухом и начал кашлять — мама сразу бежит в аптеку за порошками или таблетками. В основном почему-то готовили термопсис для детей, и врачи при первом же случае выписывали его. Ну а там, где нет аптек, пили настой травы. Дело в том, что влияние термопсиса на воспалительный процесс в органах дыхания универсальное.

Биологически активные вещества в термопсисе повышают артериальное давление, усиливают функцию надпочечников.

Применяют в медицине траву как отхаркивающее средство, нередко в составе сборов и лечебных чаев, при хронических трахеитах, бронхитах и бронхопневмониях, при катаре верхних дыхательных путей с вязкой, трудноотделяемой мокротой.

Сбор и сушку следует производить с осторожностью, помня, что растение сильно ядовитое.

В народной медицине термопсис применяют также как глистогонное, при атонии кишечника, головной боли.

Высшие дозы термопсиса для взрослых — разовая 0,1 г, суточная — 0,3 г, то есть одна десятая часть ложки на стакан воды и пьют по 1 столовой ложке 3–5 раз в день. А порошок из травы — по 0,1 г 3 раза в день.

* * *

Термопсис в народе ещё называют «пьяной травой» — при работе с ним иногда возникает чувство опьянения. Нельзя пользоваться термопсисом при гипертонии. Противопоказан он при кровохарканье. При употреблении завышенных доз можно получить вместо ожидаемой помощи сильное отравление и паралич жизненно важных центров мозга.

Не все травники знают об этом. Приходилось видеть, как некоторые добавляли термопсис в травяные сборы, как говорится, на глазок, горстью. И можно за счастье счесть, если больной отделается только рвотой, так ничего и не поняв.

Тимьян ползучий — чабрец

В июльскую жару в открытой степи все запахи разнотравья затмевает аромат чабреца. Именно аромат — другого слова не подберёшь, и от него пчелиным звоном полна голова и душа распахнута навстречу всему прекрасному в мире. И всегда в такие минуты я вспоминал старинный бабушкин сундук, окованный жёлтыми полосками меди — когда зимой она иногда открывала его, я слышал точно такой же тончайший аромат. Бабушка на зиму обязательно убирала в сундук несколько пучков высушенного чабреца. И этот ни с чем не сравнимый запах запечатлелся в моей младенческой памяти — был-то я тогда ростом не выше этого деревенского сундука.

Многие народы мира относились или относятся к чабрецу с такой же нежностью, как и я. Святой травой был чабрец в Киевской Руси. Одного я не мог уяснить себе: почему тимьян называют богородской травой? Тимьян — это понятно, в переводе с греческого означает «сила», «дух». Но богородская трава — название чисто христианское. Не так давно узнал в разговоре с одним священнослужителем, что название такое дали за сходство цветка с иконописным изображением

Богородицы. Внимательно пригляделся к цветку и… мне показалось, что он улыбнулся мне, и улыбка была чисто женской.

В Египте чабрец использовали для бальзамирования (использовали эфирное масло тимол, дающее бактерицидный и дезинфицирующий эффект).

Греки ценили чабрец за способность успокаивать и укреплять нервную систему.

Средневековые армянские врачи тимьян применяли в гериатрии (для стариков) при атеросклерозе мозга, бронхите, катаракте.

Тибетская медицина использовала чабрец при детских инфекциях, хроническом лимфадените, сибирской язве, при кожных болезнях, как ранозаживляющее, антигельминтное; в индийской — в виде отвара применяется при гастрите, заболеваниях печени; в монгольской — как отхаркивающее при заболевании верхних дыхательных путей.

Во Франции трава тимьяна используется как антиспазматическое, ранозаживляющее, восстанавливающее эпителизацию тканей, особенно при ожогах кислотами. В Болгарии настой тимьяна применяется при бронхиальной астме, пневмонии, гастритах. В Германии — трава в период цветения при заболеваниях органов дыхания, особенно при кашле. В Австрии тимьян применяют не только при гастрите и метеоризме, но и как противосудорожное. Вещество, прекращающее судороги, пока не изучено, но австрийские исследователи пришли к выводу, что при сушке оно разрушается и растение надо применять только в свежем виде. В Польше трава тимьяна применяется при воспалении почек, печени, при невралгии, суставном ревматизме, бронхите, бронхиальной астме.

В отечественной народной медицине настой травы тимьяна принимают как отхаркивающее и противовоспалительное при острых простудных заболеваниях, туберкулёзе лёгких, одышке, бронхиальной астме, при желудочно-кишечных коликах, головных болях, детской инфекции, эмфиземе и актиномикозе лёгких, дисменорее, отите, антигельминтное (при солитёре и власоглаве). Тимьян оказывает общеукрепляющее действие на организм, особенно при интенсивном умственном труде, бессоннице (даже набивают травой подушечки). Из настоя травы полезно делать примочки к глазам.

При таком широком применении растения, естественно, имеется и множество рецептов. Вот наиболее интересные из них.

ИНСУЛЬТ. Ставят водочную настойку из расчёта 8 столовых ложек травы на 0,5 л водки. Настаивать 1/4 дней. Ежедневно втирать в онемевшие части тела. Одновременно можно принимать внутрь по 30–40 капель 3 раза в день.

СОТРЯСЕНИЕ МОЗГА. На 2 стакана воды кладут 1 столовую ложку травы, доводят до кипения, но не варят, огонь сразу выключают. Настаивают 1 час. Пьют по полстакана 3 раза в день до еды. Восстанавливается работа головного мозга, исчезают головные боли, улучшаются сон и память, укрепляются нервы. Лечение длительное — от 6 месяцев до года.

ПОТЕРЯ ПАМЯТИ. Если ежедневно смазывать голову таким отваром чабреца, это помогает от потери памяти.

ДИСБАКТЕРИОЗ. Сделать такой же отвар — 1 столовая ложка травы на 2 стакана воды, довести до кипения и настоять 1 час — пить по полстакана 3–4 раза в день. Курс от 2 недель до 2 месяцев — восстанавливает флору кишечника после длительного приёма антибиотиков. Полезно при хроническом гастрите с пониженной кислотностью.

КАТАРАКТА. Сухую траву измельчить в пудру, просеять. Взять 100 г этой травяной пудры и смешать с 500 г мёда, настоять на водяной бане 1 час, периодически помешивая. Хранить в холодильнике. Каждый вечер перед сном съедать по 1 чайной ложке — предохраняет от начинающейся катаракты.

ИМПОТЕНЦИЯ (спровоцированная злоупотреблением алкоголем). В августе или начале сентября собрать цветы чабреца розового цвета, высушить. 1 столовая ложка на стакан кипятка. Настаивать от 15 до 30 минут. Принимать 5–6 раз в день, если до еды — то за полчаса. Пить от 3 до 6 месяцев.

Женщинам рекомендуется собирать фиолетово-красные цветы в июне-июле.

РАК ЖЕЛУДКА. При этом заболевании заваривается 1 столовая ложка травы чабреца в стакане кипятка. Настоять 1 час. Принимать по четверти стакана 3–4 раза в день до еды.

* * *

К сожалению, даже при такой популярности лечение Чабрецом пойдёт на пользу не всякому. Его противопоказания довольно серьёзные и строгие.

Не следует пользоваться чабрецом при декомпенсации сердечной деятельности, кардиосклерозе, мерцательной аритмии, атеросклерозе сосудов головного мозга.

Входящий в состав чабреца тимол вредно действует на печень и почки (следует внимательно отнестись к тимоловой пробе в анализах).

В некоторых рецептах указывается на лечение чабрецом язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, но я оставляю это на совести тех, кто составлял рецепт (противопоказания особенно касаются при высокой кислотности желудочного сока).

Противопоказан тимьян при пониженной функции щитовидной железы. Даже если нет у вас этой болезни, то длительное применение тимьяна может привести к гипотиреозу. Противопоказан тимьян при беременности.

Толокнянка обыкновенная

Этот низенький вечнозелёный кустарничек растёт в сосновых борах — беломошниках (ни в зеленомошниках, ни на торфяных болотах толокнянки не бывает), разве что ещё выберется на открытые песчаные места. Северное растение, в средней полосе встречается редко, хотя попадались мне небольшие заросли и у нас, в Башкирии, в горах Иремель, Зигальга. Издали увидел, обрадовался: брусника! Но подошёл поближе, увидел лежачие, сильно ветвистые стебли, сорвал одну красную овальную ягодку. Увы, мучнистая, невкусная. Траву брать поздно, её собирают во время цветения. Да и большой ценности она для меня не представляла. Если потребуется — и в аптеке можно купить.

А потребоваться она может как испытанное временем хорошее противовоспалительное и дезинфицирующее средство при воспалении мочевого пузыря и мочевых путей. Мочевыводящие пути при приёме толокнянки очищаются от бактериальной флоры и продуктов воспаления.

Отвар и настой измельчённой травы используют также при сердечных отёках, при пиелитах, уретритах, при задержке мочи и также от непроизвольного мочеиспускания, кровавой моче, при почечно-каменной болезни. В некоторых европейских странах толокнянка находит применение при вялом пищеварении, малярии, туберкулёзе лёгких, хронических нефритах и нефрозах, при нарушении обмена веществ и нервных расстройствах.

Имеются и другие интересные, нетрадиционные способы применения толокнянки.

ГИПЕРТРОФИЯ ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. Растереть в порошок листья, просеять. Принимать по 1 чайной ложке 2 раза в день — утром натощак и вечером перед сном. Гликозид арбутин оказывает в этом случае антисептическое, дезинфицирующее действие.

НЕПРОИЗВОЛЬНОЕ ИСТЕЧЕНИЕ СПЕРМЫ. 2 чайные ложки сухих измельчённых листьев толокнянки залить 2 стаканами прохладной кипячёной воды, настоять 3–4 часа. Принимать по полстакана 2–4 раза в день до еды.

ДИАБЕТ. 1 чайную ложку измельчённых листьев заварить стаканом кипятка, настоять 4 часа. Принимать по 2–3 столовые ложки 5–6 раз в день.

ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫЕ НОВООБРАЗОВАНИЯ (особенно при раке мочевого пузыря, пред стательной железы). Сделать водочную настойку из расчёта 1:10,то есть 1 столовую ложку листьев на 10 столовых ложек водки. Настоять 21 день, процедить. Принимать по 25–30 капель 3 раза в день до еды, наряду с другими травяными настоями.

РЕВМАТИЗМ. 1 столовую ложку сырья залить 1 стаканом холодной воды, настоять 8-10 часов (обычно настаивают ночь), затем прокипятить 5 минут и ещё настоять 30 минут, процедить. Пить по 1 столовой ложке 5–6 раз в день через 2–3 часа после еды. (Пить за один раз больше столовой ложки не рекомендую.)

УСТАЛОСТЬ. 10 г сухих листьев на 1 стакан кипятка, закрыть крышкой и парить на водяной бане 5 минут, настоять 30 минут. Принимать по 1 столовой ложке 5–6 раз в день за полчаса до еды не более 2–3 недель.

* * *

Переносимость препаратов толокнянки индивидуальная, в отдельных случаях при приёме внутрь появляются понос, тошнота, даже рвота. Тогда надо вдвое уменьшить дозировку или вовсе отменить её.

Толокнянка противопоказана при беременности.

Не следует назначать толокнянку при гломерулонефрите, так как она может раздражать почечную паренхиму. В отваре при кипячении экстрагируются дубильные вещества, способные отрицательно подействовать на слизистую желудочно-кишечного тракта.

Тыква обыкновенная

Колумбу мы обязаны не только помидорами, но и тыквой — именно после его возвращения европейцы впервые узнали о существовании этого экзотического растения.

По всем ботаническим признакам тыква — ягода (сочная мякоть, а внутри множество семян). В диком виде тыква не существует, но ещё за три тысячи лет до нашей эры её ввели в культуру мексиканцы. Правда, опять остаётся загадкой: откуда мог знать о тыкве ещё в доколумбовые времена Авиценна? Не просто знать, но и описать её лечебные свойства. Например: «Отвар тыквы полезен от кашля и болей в груди, возникающих от жара… Выжатый сок тыквы, особенно в смеси с розовым маслом, успокаивает горячую боль в ухе. Он помогает при опухолях в мозгу, и полезен от болей в горле… Выжатым соком тыквы капают в нос от зубной боли. Тыква — одно из лекарств, порождающих большую влажность в желудке; она прекращает жажду. Неспелая тыква очень вредна для желудка, даже для желудков подростков и юношей, и от этой беды нет иного средства, кроме рвоты. Если отварить сок тыквы с мёдом и положить туда соды, то это смягчает желудок. То же самое будет, если зарыть тыкву в горячие угли, испечь её как она есть, а затем пить её сок с сахаром. Она чрезвычайно вредна для кишок и особенно для колона». (Неужели тыкву присылали восточным медикам мексиканцы?)

Древние авторы также из числа отрицательных свойств тыквы отмечали куландж, то есть кишечную колику, и рекомендовали готовить тыкву с добавлением сока незрелого винограда, чеснока, перца, тмина или горчицы. Древние медики не назначали тыкву лицам, у которых натура желудка холодная, иначе говоря, для больных с гипоацидной формой гастрита или язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки.

Тыква состоит на 92 % из воды. В этой целебнейшей воде содержатся сахара, белковые вещества, жирное масло, пектиновые вещества, органические кислоты, клетчатка, макроэлементы: калий, кальций, магний, сера, фосфор, хлор; микроэлементы: железо, кобальт, марганец, медь, фтор, цинк. Вот почему тыква представляет большую ценность для больных с железодефицитной анемией. Мякоть тык вы в варёном виде рекомендуется больным туберкулёзом, желтухой, гипотонией, подагрой, неврозом, холециститом, запорами, а также как мочегонное при почечных и печёночных отёках. В качестве лечебного питания тыква полезна при ожирении, а также при старческих запорах. Большое количество пектина оказывает особенно положительное действие при воспалении толстого кишечника. Пектин способствует выведению из организма холестерина, поэтому тыква так полезна при атеросклерозе. Тыква положительно влияет на биохимические процессы в печени. Мякоть прикладывают к экземам и язвам для заживления, ну а семена (только не жареные!) известное средство при глистах. Даже цветки находят применение — их отваром заживляют раны.

В последнее время индийскими учёными установлено, что плоды тыквы могут применяться для лечения туберкулёза. Им удалось разработать способ получения из тыквы специального препарата, названного пепозином, который способен подавлять размножение туберкулёзных палочек.

РАК. Сок по 1–2 стакана в день принимают внутрь при раке, а оранжевую мякоть прикладывают к различным опухолям, в том числе и злокачественным. При раке рекомендуют ежедневно в период цветения тыквы съедать по 3–4 её цветка с пыльцой в один приём.

ПРОСТАТИТ. Очень помогает тыквенный сок, если выпивать его по 1 стакану 2 раза в день. К тому же, это хорошее средство при нарушении обмена веществ.

МАСТОПАТИЯ. Прекрасно действует натёртая тыква, если ежедневно накладывать мякоть на грудь и держать 1,5–2 часа. (Не хуже красной свёклы, только в отличие от неё красит меньше.)

ПИГМЕНТНЫЕ ПЯТНА. Обычно я не касаюсь косметологии, но помню случай с одной миловидной женщиной, которая страдала от пигментных пятен на лице. Чтобы избавиться от них, надо растереть с водой в ступе сырые семена в соотношении 1:1, полученное молочко смешать с мёдом. Наложить смесь на лицо и держать полчаса. Делать это, пока не пропадут пятна.

ДИСКИНЕЗИЯ ЖЕЛЧЕВЫВОДЯЩИХ ПУТЕЙ. При заболеваниях желчных путей полезно есть тыкву. Сырая или варёная, она восстанавливает функции печени после острого гепатита, действует как желчегонное. Съедать не менее 0,5 кг в день. Или пить по полстакана сока 1–2 раза в день. Он успокаивает нервную систему, улучшает сон, поэтому полезно пить на ночь.

ОТЕКИ. Взять 20 тыквенных черенков, залить 0,5 л воды, кипятить на слабом огне 5-10 минут. Настоять 1 час, процедить. Принимать по полстакана 3 раза в день до еды. Или есть мякоть тыквы 2 раза в день.

Добавлю, что тыква прекращает выделение жёлтой желчи. Считается, что помогает при головной боли, опухоли мозга, менингите.

* * *

Жаль, что и такой с виду безобидный продукт не всем дозволен. Тыква противопоказана при тяжёлой форме сахарного диабета. Сырую тыкву и сок из неё нельзя принимать при гастрите с пониженной кислотностью, язве желудка и двенадцатиперстной кишки.

Тысячелистник обыкновенный

Где война — там кровь. Где надо быстро остановить кровотечение — там тысячелистник. Скольким людям спасла жизнь эта простая вездесущая трава. А её действие почти в два раза выше, чем у некогда популярного у медиков хлорида кальция.

Военврач, с первых месяцев войны с немецкими фашистами работавшая в полевых госпиталях, рассказывала мне, как от нехватки лекарств и перевязочного материала, они, тогда ещё совсем девчонки, на ходу учились народным методам лечения, используя вместо ваты мох, собирали прямо возле госпитальных палаток травы, и в первую очередь — тысячелистник. (Наверное, поэтому она одобряла моё увлечение траволечением.)

Тысячелистник не только в кратчайшие сроки останавливает кровь, но и быстро заживляет раны. Это я не из литературы знаю — на себе не раз испытывал. Однажды довольно глубокая рана от топора в очень неудобном, болезненном месте — между большим и указательным пальцами — едва не сорвала мою вылазку на природу. До ближайшего жилья десятки километров, да и то в той маленькой деревушке едва ли сыщется фельдшер. А кровь из раны в буквальном смысле хлынула, как из крана. Я тотчас сделал десяток резких приседаний (обычно это приостанавливает кровотечение). Под ногами рос тысячелистник — искать не пришлось. Нарвал одних листьев, измял до выступления клеточного сока и заткнул рану травой. Боль понемногу утихла, кровь перестала сочиться. Я менял траву каждые час-два. Наутро рана затянулась тонкой розовой плёнкой — при умывании она ещё чувствовалась. А потом и не заметил, как через несколько дней зажила. Так что не зря в народе тысячелистник прозвали «солдатской травой». А ведь всё начиналось с неуязвимого Ахиллеса, это ему пятку — единственное уязвимое место — лечили травой, которую и назвали — в латинском звучании — ахиллеей.

Но оказывается, тысячелистник не только «солдатская», но и «женская трава» — так её называют на Украине и в Польше. Свойство тысячелистника повышать свёртываемость крови (при этом не образуя тромба) столетиями используется медиками для остановки маточных кровотечений, особенно в климактерическом периоде и после непроизвольного аборта.

Тысячелистник находит и другое применение. Его назначают при болезнях печени, гепатитах, холециститах, дизентерии, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, воспалении мочевого пузыря, яичников, туберкулёзе лимфатических желез, болезнях сердца, при бронхиальной астме, нервных заболеваниях, истерии, гипертонии. Препараты тысячелистника обладают кровоочистительным, антиаллергическим действием, увеличивают число тромбоцитов, эффективны при приливе крови к голове и груди.

Отвар и настой травы пьют при головных, желудочных болях (боли в желудке исчезают через 15–25 минут).

АСТМА, (инфекционно-аллергическая). 2 столовые ложки травы на 1 л воды, кипятить на слабом огне 20 минут, настоять 40 минут. Пить по полстакана 4 раза в день независимо от еды. Курс — от 2 недель до 2–4 месяцев.

НАРУШЕНИЕ МЕНСТРУАЛЬНОГО ЦИКЛА. В летний сезон принимать по 2 столовые ложки сока травы 3 раза в день перед едой. Нормализует цикл, улучшает работу сердца.

ГЕМОРРОЙ. Столовую ложку травы на стакан воды, кипятить 15 минут, настоять 45 минут, процедить. Пить по 1 столовой ложке 3 раза в день до еды (нельзя при гастрите с высокой кислотностью).

АНЕМИЯ. 100 г сухой травы с цветками залить 2 л водки, настоять 2 недели. Пить перед едой по 2 столовые ложки, разведя в половине стакана воды.

* * *

Хотя и принято считать, что тысячелистник не образует тромбов, его всё-таки нежелательно использовать при повышенной свёртываемости крови. Особенно следует опасаться тромба при стенокардии.

Нежелательно принимать препараты тысячелистника при гипотонии. Даже если у больного нормальное давление, то при длительном применении или передозировке препарата возникают головные боли, головокружения, могут появиться кожные сыпи. Тысячелистник противопоказан при беременности.

Укроп огородный

Не сыскать, пожалуй, такого человека, который не сталкивался бы в повседневной жизни с укропом как с приправой к обеду или при приготовлении всяческих солений.

А ведь было время, когда в глубокой древности греки и римляне дарили букеты из укропа любимым девушкам. А античные поэты воспевали укроп в своих одах.

Хорошо были знакомы с укропом и употребляли его не только как пищу, но и в качестве лекарства египтяне — больше всего он применялся ими при головной боли.

Авиценна в своей практике широко использовал укроп: давал его кормилицам грудных детей для увеличения количества молока, советовал принимать при икоте и переполненности желудка. При рези в кишечнике советовал делать клизмы, чтобы не было боли, а тёплым напаром смазывать почечуйные (геморроидальные) узлы, чтобы не было кровотечений. Золу укропа применял при незаживающих ранах.

В главе о «похотливых» травах Авиценна также много внимания уделялукропу. Важно правильно его заготавливать. Не следует зелень крошить на деревянной доске, а только на фарфоровой или керамической. При высушивании солнечные лучи не должны касаться его. Хранить в тёмной банке. Самый целебный — сухой укроп на 4— 5-й год хранения. Он необходим для здоровья мужчины и женщины. У мужчин он снимает физическое напряжение, усталость, даёт силы для ночи, которая должна принадлежать женщине. А женщине помогает расслабиться и регулировать наступление желанной беременности.

Диоскорид применял укроп для лечения глазных болезней. Врачеватель средневековья Крато лечил укропом катаракту. Гален, Платониус, Апаленус считали укроп успокаивающим болезненное мочеиспускание. Укропу приписывали растворяющее мочевые камни свойство. Салернская школа использовала укроп как ветрогонное.

У армян по утрам больному туберкулёзом лёгких давали пить горячее молоко, смешанное с щепоткой укропа или корицы.

Сейчас в научной медицине настой укропа употребляют при гипертонической болезни, стенокардии, а сухой экстракт плодов для лечения хронической коронарной недостаточности, предупреждения приступов стенокардии, при неврозах, сопровождающихся спазмами коронарных сосудов и спастических состояниях органов брюшной полости.

Укроп обладает активным желчегонным действием, снижает чувство тяжести после приёма тяжёлой пищи. Используют его при атеросклерозе, головной боли, заболеваниях печени. Некоторые врачи рекомендуют семена укропа при лечении хронического бронхита, пневмонии, астмы.

В косметике настой листьев применяют в виде примочек на воспалённые глаза, покрасневшие от усталости, а также на гнойничковые поражения кожи лица.

Некоторые полезные советы.

ШУМ В УШАХ. Сухой укроп целиком, со стеблем и семенами измельчить. Горсть травы залить 0,5 л кипятка в термосе и настоять полчаса. Пить по полстакана 3 раза в день.

ГЛАУКОМА, КАТАРАКТА. Отжать из укропа сок. Смочить в соке бинт, отжать и прикладывать к глазам на 15–20 минут несколько раз в день. Курс лечения не ограничен.

МОЧЕКИСЛЫЙ ДИАТЕЗ. Настаивать семена укропа в холодной кипячёной воде в соотношении 1:20. Принимать по 1 стакану 3 раза в день (настаивать можно всю ночь).

НЕФРИТ. Способ приготовления и применение как при мочекислом диатезе. Надо только помнить, что настой снижает давление.

ИКОТА. При упорной икоте, когда ничего не помогает, 1 чайную ложку семян укропа залить стаканом кипятка. Настоять 30 минут. Принимать по полстакана 3 раза в день.

АТЕРОСКЛЕРОЗ (с головными болями). 1 столовую ложку семян укропа залить 1 стаканом кипятка. Настоять не меньше часа. Принимать по 1–2 столовые ложки 4 раза в день.

МЕТЕОРИЗМ, ГЛИСТЫ. 1 столовую ложку семян на 250 мл молока, варить 5-10 минут. Выпить в тёплом виде в два приёма.

* * *

При частом употреблении и в больших дозах укроп снижает давление, расширяет сосуды, что необходимо учесть больным с низким артериальным давлением. Амирдовлат отмечал, что семена укропа вредны для мочевого пузыря. По мнению Авиценны, «продолжительное употребление его ослабляет зрение». Современные медики объясняют это возможностью гипотонического состояния с расширением сосудов, что временно вызывает ухудшение зрения, которое при отмене препаратов укропа проходит бесследно.

Нельзя забывать, что одним из противопоказаний к укропу относится атония гладкой мускулатуры органов желудочно-кишечного тракта.

Унгерния виктора

Это эндемичное среднеазиатское растение, распространённое только на Гиссарском хребте и его южных отрогах — на горных склонах, водоразделах и в ущельях на высоте до двух с половиной километров над уровнем моря. Редкое растение из семейства амариллисовых. Некоторые любители выращивают его ради желтовато-розового цветка с пурпурной полоской, некоторые — в лекарственных целях.

Не забуду слова опытного невропатолога, сказавшего мне после инсульта с сильным парезом лицевого нерва, когда не закрывались левый глаз и угол рта: «Эх, вам бы сейчас подснежник Воронова или хотя бы унгернию Виктора — всё пошло бы на поправку!» Дело в том, что оба эти растения содержат ценнейшее вещество — галантамин, основное сырьё для получения галантамина гидробромида, применяемого, в частности, при инсультах.

Растение очень интересное: весной появляются листья — по 7-10 в розетке.

Через 2–3 месяца они отмирают, а в августе вырастают на безлистной стрелке цветы. В лечебных целях используются листья. Их нельзя обрывать, можно только аккуратно срезать. Затем резать на куски и сушить в течение 4–5 дней.

В аптеках её не найти, у травников унгерния тоже большая редкость. Однако больные люди иногда проявляют такую настырность, что необходимое лекарство хоть изпод земли добудут. Тем более, если знают, что унгерния Виктора хорошо помогает при миастении, прогрессивной мышечной дистрофии, двигательных нарушениях, связанных с невритами, полиневритами. Используется унгерния и при энцефалопатии, ишемическом инфаркте мозга.

* * *

И всё же поумерить свой пыл в поисках этого ценного лекарственного растения придётся тем больным, у кого имеются серьёзные противопоказания. А препараты унгернии противопоказаны при открытой форме туберкулёза лёгких, при язве желудка и двенадцатиперстной кишки и других заболеваниях, связанных со склонностью к кровотечениям, а также при органических заболеваниях центральной нервной системы.

Раз уж речь зашла об этом растении, скажу и о дозировке. Она чрезвычайно мала: доза составляет всего 0,1–0,2 миллиграмма, принимают 3–4 раза в день. Более высокие дозы токсичны.

Фиалка трёхцветная

Знаете, сколько фиалок я насчитал? Девятнадцать: фиалка болотная, фиалка двухцветковая, фиалка душистая, фиалка коротковолосистая, фиалка короткочашелистиковая, фиалка наскальная, фиалка одноцветковая, фиалка опущенная и т. д. Почти все они лечебные, но пальму первенства среди них держит фиалка трёхцветная — это красивое однолетнее растение с пёстрыми трёхцветными цветками.

С этими однолетними растениями прямо-таки беда. Однажды летом ахнул, не сдержав восхищения: вся огромная поляна представляла из себя яркий ковёр из одних только фиалок. В таком большом количестве я её никогда не встречал. Ну, думаю, следующим летом непременно сюда наведаюсь. Далековато, полторы сотни километров, зато урожай какой! Приехал на другой год — ни одного растеньица. Будто никогда и не бывало его здесь. И только через три года на соседней лужайке обнаружил среди прочих трав немножко фиалки. Выбирать пришлось, едва корзинку собрал. Вот такие фокусы могут выкинуть однолетние травы.

Фиалка трёхцветная бывает часто затребована. Она особенно хороша в детской практике при простуде, кашле, астме, аллергии. И взрослым нужна — при ревматизме, артрозах, подагре, цистите, камнях в почках, атеросклерозе, кровотечениях, дерматитах, псориазе. Чаще всего идёт в несложные сборы. Допустим, у человека произошли дегенеративные изменения в межпозвоночных дисках шейного, грудного или поясничного отделов позвоночника. Готовим такой сбор:

СПОНДИЛЁЗ. При деформирующем спондилёзе берутся поровну трава фиалки трёхцветной, стручки фасоли, кукурузные рыльца, листья толокнянки, почки берёзы. 1 столовую ложку смеси залить 1 стаканом кипятка, настоять 20 минут. Принимать по 2–3 столовые ложки 2–3 раза в день. Торопиться не надо, дозу не увеличивать. Лечение рассчитано на длительный срок (на всю зиму, например). Можно усилить приёмом настойки сабельника по чайной ложке 3 раза в день и лёгкими втираниями в позвоночник настойки дягиля, бузины красной, чередуя их между собой через 3–4 недели. В приёме травяного настоя через 3–4 недели тоже сделать перерыв на неделю-полторы, продолжая в это время пить сабельник.

ОСТЕОХОНДРОЗ. Лечение точно такое же.

ГЛОМЕРУЛОНЕФРИТ. Тоже готовится смесь: поровну взять фиалку, траву буквицы и почки чёрного тополя. 1 столовую ложку сбора залить стаканом кипятка, настоять 30 минут, принимать по 1/4 стакана 4 раза в день перед едой. Лечение длительное: ведь поражаются капилляры клубочков почечной ткани, где фильтруется кровь и образуется моча. Пройдя месячный курс такого лечения, можно на месяц сменить его другим лечением, затем снова вернуться к этому сбору. Тоже надо запастись терпением и выдержкой (внимательно просмотрите приведённые в книге методы лечения и выбирайте себе подходящее, не имеющее противопоказаний).

КРАУРОЗ (Зуд влагалища при атрофии вульвы, обычно у пожилых женщин). Составляется сбор: 2 части фиалки, 2 части череды, по 1 части травы чистотела, листа берёзы и листа чёрной смородины. 2 столовые ложки сбора заваривают стаканом кипятка. Настоять 1 час, процедить. На день потребуются 2–3 стакана настоя. Из них 100 мл принимается внутрь на ночь. Остальной настой в тёплом виде используется на спринцевание. Желательно спринцеваться 2 раза в день в течение 2 месяцев. На этом курс лечения обычно заканчивается.

* * *

Антиаллергическое средство способно само превратиться в аллерген, если применять длительно и с превышением дозировок. Если появится зудящая сыпь и другие кожные аллергические реакции, то суточную дозу надо распределить на 3–4 дня. Если и это не поможет — этот вид лечения отменить. В отдельном виде фиалка трёхцветная при гломерулонефрите противопоказана, но в сочетании с буквицей и почками чёрного тополя идёт хорошо.

Хвощ зимующий

«И это хвалёный хвощ зимующий?» — с удивлением спросил меня приятель, просивший показать ему растение. Он ожидал увидеть на стебле обычную для хвощей тончайшую кисею листьев, а тут, на опушке леса, торчали абсолютно голые тёмно-зелёные стебли чуть ли не с метр высотой с редкими утолщениями междоузлий. Чем-то напоминают речную кугу.

Ниже, вдоль всей лесной опушки, чуть ли не сплошной стеной рос хвощ полевой. Молодые растения напоминали сосенку, на взрослых «сосновые иглы» распустились в щитковидные листочки.

Ещё ниже, в сырой низине, проваливающейся и хлюпающей под ногами, неподалёку от ручья, царствовал хвощ болотный. А если войти поглубже в лес, то можно было бы отыскать хвощ ветвистый или лесной. Здесь, на небольшом участке близ устья Берсувани, было, можно сказать, царство хвощей.

Но мы пришли за хвощом зимним, точнее, зимующим. Он действительно уходит на зиму под снег зелёным, а ранней весной, когда вокруг ещё черным-черно и нет ни одной травинки, зеленеет перезимовавший, потускневший хвощ, видимый издалека своеобразным частоколом.

Сейчас, в июле, берёшь его за кончик и вытягиваешь свежий стебель, как кончик стереоскопической удочки, потому что старый, перезимовавший, так и остаётся торчать в земле опустевшим кожухом.

Сведения о нём можно найти, пожалуй, только у Лавренёвых в «Полной энциклопедии лекарственных растений», потому что растение используется очень редко, да и мало кто знаком с ним. Тем более ведь надо уметь применять его, а рецептов не существует. Пользоваться наугад — до беды недалеко, растение ядовитое.

Впрочем знатоки народной медицины в Китае, Европе, Америке, у нас в Сибири используют хвощ зимующий при заболеваниях мочевого пузыря, гематурии, недержании мочи, хроническом уретрите, некоторых болезнях почек. Трава используется при обильных менструациях, геморрое, белях, при воспалении изъязвлённых глаз. Впрочем, как и другие хвощи, применяют при туберкулёзе лёгких, бронхите, экссудативном плеврите, болезнях горла, при головной боли, гриппе, как болеутоляющее при суставном ревматизме.

В Индокитае траву считают очищающим желудок средством. Индейцы использовали хвощ зимующий при язвах, опухолях, воспалении молочной железы и кишечника. В Корее применяют в качестве кровоостанавливающего при кровотечениях из носа, кровохарканье, кишечных кровотечениях, геморроидальных и маточных кровотечениях, белях, отёках, болезнях глаз.

За хвощом зимующим я выхожу с определённой целью. Он у меня идёт только на несколько заболеваний, где давно испытан и даёт результаты. Прежде всего я его использую при лечении рака матки. Не подряд, то есть не в каждом случае, а выборочно — там, где он более необходим. Любопытно вот что. Обычно смотришь на химический состав растения: содержит ли он тритерпеновые соединения, гидрохинон, ту или иную сумму алкалоидов, подавляющих рост раковых клеток. А в хвоще зимующем ничего этого нет. Здесь кремниевая кислота, диметилсульфон, сахар, дубильные вещества, смолы, эквизитиновая кислота, слизи, алкалоид никотин. Других алкалоидов в растении так мало, что некоторыми исследователями они не обнаружены. Что здесь может действовать? Неужели алкалоид никотин? Или результат приносил весь лечебный комплекс, куда входил и хвощ зимующий? Во всяком случае, пускай и после долгого лечения, люди выздоравливали. Применял я хвощ зимующий и при лечении миомы, фибромиомы. И ещё неплохую помощь он оказывал при экссудативном плеврите — не давал скапливаться жидкости в плевре при раке лёгких.

Помощь от хвоща зимующего я видел и при раке горла. Здесь, по-видимому, сказывалось огромное содержание в траве кремния.

РАК МАТКИ. 1 столовую ложку сухой измельчённой травы залить стаканом кипятка, закрыть крышкой и настоять 2 часа. Процедить. Полстакана выпить утром, а вторую половину — вечером, часа за два до сна. Долго не пьют. Курс — 3–4 недели. Потом перерыв.

РАК ГОРЛА. 3 столовые ложки хвоща зимующего варить в 1 л воды 10 минут. Снять с огня, развести в процеженном отваре 4 столовые ложки мёда и опять довести до кипения. Но не варить. Дать остыть. И тёплым отваром полоскать горло до 10 раз в день.

* * *

Хвощ зимующий токсичен, это надо знать. И не злоупотреблять. Как и все хвощи, он противопоказан при остром воспалении почек — в этих случаях не применять. При ощущении дискомфорта (лёгком отравлении) дозу убавить наполовину. И обязательно рассказать врачу, назначившему лекарство, о любых неприятных ощущениях или недомоганиях.

Хвощ полевой

Из всех хвощей он более популярен в народной медицине. Наверное, потому, что является, как плаун и папоротник, одним из самых древних в мире травянистых растений, переживших всемирный потоп. Если судить по ископаемым хвощам, они могли заглядывать веточками в окна двенадцатиэтажного дома. Но вот ведь что означали потоп и многочисленные изменения климата — превратился хвощ в растеньице не больше двух ладоней в высоту и стал обычным сорняком. Зато выжил. И другим помогает жить.

Кстати, при сборе хвоща надо помнить, что срывать его надо только двумя руками и сушить обязательно в тени. Казалось бы, почти сухой и шуршащий при сборе, он быстро сыреет и мякнет в корзине и при неправильном высушивании желтеет — такой на лекарство уже не годится.

Помогает хвощ при отёках на почве недостаточности кровообращения, сердечной недостаточности, при воспалении мочевого пузыря, при плевритах с большим количеством экссудата, при геморроидальных, желудочных кровотечениях. Используют его при лечении туберкулёза лёгких, при нарушениях обмена веществ. Он улучшает водно-солевой обмен в организме.

В хвоще полевом отмечают, что самим строением и твёрдой структурой он «выдаёт» своё предназначение. Стебель и листья растения состоят из вставленных одна в другую коротких гильз, связанных друг с другом посредством своего рода «суставов» и плотно надетых на них «чехлов». Это своеобразное растение как бы слепок с человеческого позвоночника. Разве не удивительно, что это целебное растение прекрасно лечит все заболевания, связанные с позвоночником, опорно-двигательным аппаратом (ревматизм, подагра, артрит, артроз). Хвощ содержит много минералов, но особенно богат он кремнием (кремниевая кислота), в значительных количествах которого нуждается наше тело, чтобы иметь здоровые кости, хрящи, ногти, волосы. Кремниевая кислота важна также при залечивании ран — это я повторяю слова специалистов. Они установили, что хвощ содержит 25 % золы, в состав которой входит до 80 % кремниевой кислоты.

В хвоще полевом, как и в зимующем, одинаково присутствуют, кроме кремниевой кислоты, сапонин эквизетонин, никотин. Всё-таки я ищу секрет противоопухолевого действия хвоща. Возможно, это есть алкалоид никотин.

Хвощ полевой в первую очередь я даю при раке печени (или метастазах в неё). Но он входит и в другие противоопухолевые комплексы. Хвощ особенно бывает необходим больным, прошедшим лучевую или химиотерапию, так как помогает очищать организм, в особенности печень, от токсинов. Применяю я хвощ и при раке желудка, кишечника, лёгких.

РАК (различной локализации, но прежде всего печени). 1 столовую ложку сухой измельчённой травы залить стаканом крутого кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1/3 стакана 3 раза в день через 30–40 минут после еды в тёплом виде (обязательно с одной из противоопухолевых настоек — в зависимости от поражённого органа).

Из хвоща готовлю спиртовую настойку, 5 столовых ложек травы на 0,5 л водки. Настоять 27 дней. Принимать по 1 чайной ложке 2–3 раза в день. Но отдельно даю её редко, особенно если включаю в противоопухолевый бальзам. Один из противоопухолевых бальзамов при раке печени может выглядеть так: 100 мл настойки хвоща, 50 мл настойки травы будры, 50 мл настойки или сока володушки, 100 мл настойки пиона уклоняющегося, 50 мл настойки корня лопуха (или цветков лопуха), 50 мл синюхи. Повторяю, я привожу схему бальзама только как образец. И он не идёт постоянно, а в каждом новом месячном комплексе бальзам может быть совершенно другим — всё зависит от индивидуальных особенностей и состояния организма больного.

Я не хочу ограничиваться только своими противоопухолевыми рецептами, тем более что у хвоща много других полезных применений. Начнём с самых простых.

АДЕНОИДЫ. От них избавлялись таким образом. 1 стаканом обычной воды заливали 2 столовые ложки травы хвоща, доводили до кипения. На слабом огне прокипятить 7–8 минут, затем настоять 2 часа. Тщательно промывать носоглотку 1–2 (желательно 2) раза в день в течение одной недели. Если один курс лечения не помог, через несколько дней курс повторить.

ПЛЕВРИТ. 1 столовую ложку сухой травы залить 0,5 л крутого кипятка. Настоять 3 часа, процедить. Принимать по полстакана 4 раза в день через полчаса после еды. Через десять дней провериться на наличие плевральной жидкости в лёгких.

ПОЧЕЧНО-КАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ. Чайную ложку с верхом травы хвоща залить стаканом крутого кипятка, настоять в тепле 20 минут, процедить и выпить небольшими глотками утром натощак — за 20–30 минут до завтрака. Пить только 1 раз в день. Курс лечения 2–3 месяца. Не пропускать ни дня!

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛЁГКИХ, МАТОЧНЫЕ И ГЕМОРРОИДАЛЬНЫЕ КРОВОТЕЧЕНИЯ, ОТЕКИ НА ПОЧВЕ НЕДОСТАТОЧНОСТИ КРОВООБРАЩЕНИЯ, ВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ МОЧЕВОГО ПУЗЫРЯ, ПЛЕВРИТЫ С БОЛЬШИМ КОЛИЧЕСТВОМ ЭКССУДАТА, ДИЗЕНТЕРИЯ, ПАХОВАЯ ГРЫЖА, ЖЕЛЧНО-КАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ, ПОДАГРА, МЫШЕЧНАЯ СЛАБОСТЬ, НАРУШЕНИЕ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ. Не поленитесь, соберите достаточное количество хвоща, дайте полежать ему в куче 1–2 часа, прокрутите через мясорубку и отожмите сок. Не обманывайтесь тем, что трава выглядит сухой — сока в ней достаточно. В крайнем случае смочите приготовленной заранее водкой для настоя. Отожмите сок. Смешайте его по объёму пополам с водкой. Хранить в тёмном прохладном месте. Принимать по 1 чайной ложке на воде 3 раза в день через 30–40 минут после еды, в рюмке воды или запивая водой. Принимать месяц, сделать перерыв на 10 дней и продолжить лечение, при необходимости длительно, с такими же перерывами. Кто не переносит водку, сок можно смешать в равном объёме с хорошим красным вином. Его принимать по 25–30 мл (маленькая винная рюмочка) так же 3 раза в день через полчаса после еды. И вы почувствуете прилив сил, даже если многих этих болезней у вас нет. Нормализуются общие обменные процессы, то есть внутренние органы дружески будут относиться друг к другу и при необходимости сообща оказывать помощь.

* * *

Следует помнить, что длительный приём препаратов хвоща вызывает подкисление мочи, поэтому больным со стойкой кислой реакцией мочи во избежание кристаллизации уратов с образованием камней требуются дополнительные меры ощелачивания.

Хвощ противопоказан при остром воспалении почек, остром гломерулонефрите. Вопрос о вредном воздействии хвоща при нефрозе и нефрите оставляю открытым. Видимо, врачебное указание шло на острый период болезни, в то время как при хроническом течении нефроза и нефрита есть неплохой рецепт: 2 столовые ложки травы залить стаканом кипятка, парить на водяной бане 15 минут, через 15 минут процедить. Принимать по 1/3 стакана через час после еды.

Хмель обыкновенный

Для травника самое ценное в хмеле — цветы. В тибетской медицине ещё в древние времена цветки хмеля использовали как надёжное противоопухолевое средст во. Считалось, что рак, вылеченный хмелем, не даёт рецидивов. Я не тибетский лама, но на цветки хмеля смотрю как на ценнейший божественный дар.

Цветение хмеля приходится караулить. Уже лето перевалило за середину, а цветки в гроздочках все ещё плотные, как мелкие шарики — подзадержались, и стояли холодные дождливые дни. И вдруг — на другой же день, как по команде они начинают распускаться, на многослойных плетях, свитых из нескольких ветвей, висят зеленовато-жёлтые воздушные гроздья, обещая наступления долгожданной июльской жары.

Тут уж не зевай. Берёшь с собой сразу две корзины (в закрытую тару, особенно в полиэтиленовый пакет, ни в коем случае собирать нельзя — цветы сразу нагреваютсяи быстро «сгорают», превращаясь в бесформенную зеленовато-бурую массу). У меня на примете несколько «хмелёвых» мест. И все они рядом с речками в густой уреме. Идёшь, раздвигая высокую, выше головы, стену крапивы. Как ни бережёшься, руки и щеки нещадно горят, настеганные их макушками. Пот заливает глаза. Но вот роскошные плети хмеля со всех сторон обвились вокруг крушины ломкой. Это невысоко и собирать удобно. Полчищами налетают слепни, оводы, комары. Но вскоре на них перестаёшь обращать внимание. Корзины медленно наполняются гроздьями мелких цветков.

На что уж я привычный, а в цветущем хмелевнике больше трёх часов не выдерживаю — надышишься вездесущей Хмелёвой пыльцой и начинает кружиться голова. Напросился со мной на сбор цветков один мой товарищ, очень талантливый травник. Намного моложе меня, невысокий, худощавый, вскарабкался он на вяз, где на высоте четырёх-пяти метров хмель образовал роскошный шатёр — его одного хватит на несколько корзин. Через час смотрю — сначала валится на землю мешок, а на него сверху падает этот мой товарищ. К счастью, удачно приземлился. Только посмеялись.

Выбрались мы на бережок речки, пообедали, отдохнули и снова ринулись в непролазные джунгли. Ещё дня два придётся поработать так, пока хмель в цвету. Позже высушишь эти цветки — поначалу много их кажется, а как высохшее соберёшь — едва наберётся небольшая картонная коробка. Правда, часть цветов уходит на водочную настойку. Её капают по 20 капель в порцию отвара корней хмеля — тоже противоопухолевое средство.

Ну а в конце августа и в сентябре начинается сбор шишек хмеля. Здесь тоже есть свои отличия. Для одних целей берёшь перезревшие, с темноватым оттенком, для других снадобий — ярко-зелёные, недозрелые.

В имеющейся литературе всюду говорится только о шишках (в то время как целебны стебли с листьями и все остальные части хмеля).

Соплодия шишек, конечно, имеют самое широкое распространение в народной медицине. Они издавна используются при нервном переутомлении, неврозах, бессоннице, гастритах, циститах, уретритах, заболеваниях почечных лоханок, болезнях печени и желчного пузыря, а также как средство, укрепляющее сердечно-сосудистую систему, особенно при слабости миокарда. Применяют их и при головной боли, головокружении, туберкулёзе лёгких, нарушении обмена веществ, расстройстве кишечника, гриппе, как общеукрепляющее в виде ванн при параличе, подагре, ревматизме, нефритах. Настой травы пьют также при простуде, для улучшения зрения, при водянке, малярии, иногда как абортивное средство. Мазь из порошка шишек (на внутреннем свином жире в соотношении 1:4) применяют при плохо заживающих язвах, при ушибах как болеутоляющее, при ревматических болях, а также невралгии, для лечения псориаза, фурункулов.

При бессоннице делают подушечку, наполненную шишками хмеля. Помню, мама делала такие подушечки для младшего братика, переболевшего менингитом — чтобы меньше болела голова и лучше спал.

Настой шишек хмеля женщины применяют при лечении трихомонадных кольпитов и вагинитов.

Шишки хмеля имеют и антиаллергическую активность.

Пусть не удивляет такая разноплановость хмеля. Все сомнения развеет химический состав растения. К примеру, шишки хмеля содержат горькие вещества, их обнаружено около ста компонентов, и среди них главный — лупулин. Установлена эстрогенная, то есть гормональная активность шишек хмеля. Это ведь только сто компонентов горьких веществ. А если начать перечислять всё остальное?!

Обратимся к лечебным свойствам.

ВАРИКОЗНОЕ РАСШИРЕНИЕ ВЕН. 2 столовые ложки соплодий-шишек залить 0,5 л крутого кипятка, парить на водяной бане 15 минут, после этого настоять 30–40 минут. Пить по полстакана 3 раза в день за полчаса до еды.

АСТЕНИЯ, КЛИМАКС, ЦИСТИТ, ПОВЕШЕННАЯ ПОЛОВАЯ ВОЗБУДИМОСТЬ, ОСОБЕННО У ЖЕНЩИН. 2 чайные ложки травы, а ещё лучше зрелых шишек залить стаканом кипятка, настоять в тепле 30–40 минут. Пить по 1/3 стакана 3 раза в день за полчаса до еды.

АЛЛЕРГИЯ. 1 столовую ложку шишек залить стаканом кипятка, поставить в кипящую водяную баню на 15 минут. Дать остыть, процедить. Пить по 1/4 стакана 3 раза в день до еды. Одновременно промывать таким же отваром места высыпаний на коже, если аллергия вышла наружу.

ХОЛЕЦИСТИТ. 2 столовые ложки шишек на полтора стакана кипятка, закрыть крышкой и настоять 3 часа. Пить по 1 стакану 4 раза в день.

РАК ЖЕЛУДКА, ЛЁГКИХ, ПЕЧЕНИ. 1 столовую ложку незрелых шишек залить стаканом кипятка, на слабом огне упарить на одну треть. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день до еды.

РАК ПЕЧЕНИ И ДРУГИХ ЛОКАЛИЗАЦИЙ. Я советую заваривать 1 столовую ложку цветков хмеля стаканом кипятка, дать покипеть ровно минуту, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 50–60 мл (до 1/3 стакана) 3 раза в день до еды. Даже без противоопухолевого бальзама тибетские медики излечивали рак (по-видимому, второй-третьей стадии).

Через месяц цветки отдыхают, взамен я даю отвар корней хмеля: 1 чайную ложку измельчённых корней залить стаканом кипятка, варить на слабом огне пять минут или парить в кипящей водяной бане 30 минут, 2 часа настоять, процедить. Принимать по 1/4 стакана 3–4 раза в день, капая из пипетки в каждую принимаемую дозу по 20 капель настойки цветков хмеля. Все эти препараты переносятся легко и значительно улучшают состояние больного. Могут спросить у меня: а живы ли они? Живы, могу познакомить, если они того пожелают (чаще всего люди, пройдя душевный ад, стараются не вспоминать о нём или попросту, как однажды признались мне, боятся, как бы их не сглазили недоброжелатели).

Вот вам и хмель-хмелюшко!

Хрен обыкновенный

Среди прочих лекарственных растений хрен огородный находится где-то на задворках, как говорится: сбоку припёка. И поесть толком не поешь — разве что как приправу чуток, для аппетита и разнообразия. И в лечебных целях он далеко не чемпион, не в высшей лиге ему играть, а в дворовой команде какого-нибудь провинциального городка или посёлка.

В народной медицине его рекомендуют для улучшения аппетита — для этого существуют и более эффективные, более полезные травы. В качестве мочегонного и при мочекаменной болезни — опять-таки имеются более действенные зелёные братья. Снижает уровень сахара в крови? Похвально. Однако и в этом отношении хрен не преуспел, другие растения, в том числе и огородные, давно обогнали его и оставили позади. Вот и стал похож он на старенького дедушку, сидящего в валенках на завалинке деревенского дома в тихий летний день. У него даже аскорбиновая кислота в очищенном корне разрушается в течение часа.

Впрочем не будем спешить списывать деда в тираж. Жизнь убедила меня в том, что не бывает в мире ничего бесполезного. И я не удивлюсь, если к этому деду в валенках прискачут на горячих вороных герольды с серебряными трубами, на всю полусонную деревню грянут фанфары, а деду объявят, что королевский трон давно ожидает его и пора занять его, пока не объявились другие претенденты. А сегодня трон предназначен только для него, на то и указ имеется соответствующий.

Мужчина средних лет, молчаливый, скромно одетый, сидит около меня. Он знает, что как такового приёма я не веду, что в отличие от других травников ко мне или к моей дочери попадают единицы. Я тоже молча изучаю выписки, анализы, заключения и раздумываю, что же делать. Человек приехал издалека, знает и про свою болезнь и выслушал десятки отказов врачей, и сейчас молча (не умоляя спасти, без экзальтированных объяснений) ожидает, каким будет мой ответ. Конечно, намного проще было бы отказаться, и он бы, уверен, не обиделся. Но человек проделал дальний путь, возможно, в этой встрече видел последнюю спасительную ниточку. Мог ли я отказать ему, зная, что ожидает его за порогом.

Диагноз: криптогенный цирроз. Иначе говоря, причина цирроза печени не установлена. Больной алкоголем не баловался. Правда, в далёком детстве под вопросом ставили желтуху (болезнь Боткина), но выводы врачей тогда не подтвердились.

Вредное производство? Тоже нет. «Может быть, подключим хрен?» — подсказала дочь. И тогда я решился. Составили комплексы на ближайшие два-три месяца: какие травы и настойки до еды, какие — после, и что подключить в дополнение. Непосвящённому в этот процесс человеку мало что скажет, в каком порядке и очерёдности шли сок володушки золотистой, травы будры, репешка, цикория и пр. А во главу угла была поставлена настойка листьев хрена. Ниже я расскажу, как она готовится. В завершение рассказа лишь добавлю, что прошло уже полтора года, человек этот продолжает трудиться и быть отцом семейства (у него трое несовершеннолетних детей).

А дедушка хрен слез с королевского трона, к себе обратно отправился. Не бездельничает. Кое-что по мелочам делает. Простыл кто-то, косточки заболели, глисты подхватил от мурки или выпил лишнего, похмельем мучается — мудрый совет даст, поможет. А для чего же тогда жить на свете?

ПОХМЕЛЬЕ. Истолочь корень хрена в кашицу. 1 столовую ложку кашицы развести в половине стакана воды и дать выпить — весь вчерашний хмель вылетит, аппетит откроется, а поест — человеком сделается.

ГЛИСТЫ. 20 г тёртого хрена и 20 г кашицы чеснока залить 0,5 л водки, настоять 10 суток. Принимать по 1 столовой ложке в день. Такой коктейль не нравит ся паразитам, и они спешат покинуть места обитания.

ПОТЕРЯ ГОЛОСА. 1 столовую ложку тёртого хрена залить стаканом кипятка, настоять 20 минут, процедить, отжать. Добавить сахар по вкусу. Принимать по 1 чайной ложке несколько раз в день мелкими глотками.

ОТИТ. Отжать из корня хрена сок и капать в угли по 1–2 капли из пипетки 3 раза в день.

ЦИРРОЗ ПЕЧЕНИ. Мелко порезать 5–7 листьев хрена (самые лучшие в канун Иванова дня, в первые пять дней июля — молодые, крепкие, необъеденные слизняками), залить 0,5 л водки и настоять в тёмном месте 1 неделю. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день до еды. Даёт хорошие результаты.

СТЕНОКАРДИЯ. В деревнях лечились так: отожмут из корней сок, смешают пополам с мёдом. Принимать по 2 чайные ложки за час до завтрака (всякий раз перемешивать). Курс 1 месяц. При неприятных ощущениях дозу уменьшить. Через 2 месяца курс можно повторить.

ТЁМНЫЕ (пигментные) ПЯТНА НА КОЖЕ, А ТАКЖЕ ОТ ВЕСНУШЕК, ЗАГАРА. 50 г натёртого хрена залить 250 мл столового уксуса (9°). Бутылку закрыть плотно пригнанной пробкой и поставить в тёмное прохладное место. Через 2 недели настойку процедить и добавить 1,5 л холодной воды. Этой жидкостью протирать лицо утром и вечером досуха.

ГИПЕРТОНИЯ. Когда надоест пить таблетки, попробуйте натереть 250 г корня хрена, залейте 3 л кипяченой воды, поварите на малом огне 20 минут. После остывания процедите. Принимайте по полстакана 3 раза в день до еды. Думается, что к таблеткам вернётесь не скоро.

* * *

Хрен полезен при многих инфекционных заболеваниях. В свежем соке содержится значительное количество лизоцима — белкового вещества, способного растворять микробные оболочки, создавая таким образом антибактериальный барьер в организме. Лизоцим как бы раздевает болезнетворные бактерии догола и выгоняет их прочь.

Не каждый может воспользоваться хреном. Он противопоказан при гастрите с повышенной кислотностью, язве желудка и двенадцатиперстной кишки. В лечебных целях он не подходит при колитах. Его надо полностью исключить при воспалительных заболеваниях почек. Не дружит с хреном поджелудочная железа. При больших дозах употребления хрена может развиться гастроэнтерит. Употребление в качестве мочегонного допустимо, но его необходимо исключить при отёках почечной патологии.

Большие дозы могут вызвать ожог слизистой оболочки рта, желудка, кишечника.

Хурма обыкновенная

Поздней осенью у нас, в средней полосе, на прилавках овощных магазинов и рынков появляются привозимые с юга эти сочные, сладкие, слегка вяжущие рот желтовато-оранжевые плоды. Многие используют их не только в охотку, как лакомство, но и в лечебных целях. Плоды хурмы являются хорошим витаминным средством, регулируют работу желудочно-кишечного тракта, оказывают общеукрепляющее действие при тяжёлых изнурительных болезнях. Из каротина под влиянием ферментов печени образуется витамин, способствующий росту и развитию организма (вот почему хурму так любят дети), повышающий сопротивляемость организма к инфекциям.

Плоды хурмы используются при катарах верхних дыхательных путей, бронхитах. Сок из хурмы применяют при тиреотоксикозе. Его консервируют, добавляя к четырём частям сока одну часть чистого спирта.

* * *

Недозрелая хурма может вызвать чувство жжения и боль в желудке из-за большого содержания танинообразных веществ. Особенно нежелательна она при эрозивных гастритах, язвенной болезни желудка, подавляет секрецию и моторную функцию желудка. Противопоказана хурма при возрастных запорах и геморрое, при сахарном диабете. После хурмы нельзя пить холодную воду и молоко.

Цикорий обыкновенный

Почти во всех странах существовало поверье, что корень цикория может сделать человека невидимым. На чём это основано — объяснить трудно. Ещё верили в то, что если 25 июля выкопать корень и привязать его к посоху, то он защитит от ножа и пули в самом трудном пути.

Каких только верований не существовало вокруг этого красивого растения. В одном из старинных лечебников о нём говорится: корень может служить могущественным средством от порчи, но собирать его нужно с соответственными церемониями: в день рождения Иоанна Крестителя, до восхода солнца, стоя на коленях, прикоснуться к корню золотом и серебром, а потом и мечом Иуды Маккавея с клятвами, заклинаниями вырвать из земли.

Сложно в наше время достать меч Иуды Маккавея (наверное, его нет даже в Историческом музее). Поэтому копают осенью по-крестьянски, вилами да лопатами. Между прочим, Россия до первой мировой войны вывозила за границу до 400 пудов сухого целебного корня. Центром производства была Ярославская губерния.

Цикорий известен нам прежде всего как заменитель кофе. Кстати, если каждое утро натощак выпивать чашку цикория с мёдом и лимоном — у вас (даже при расположенности к ней) не будет развиваться гипертония.

В народе отвар корней и настой травы употребляют при упадке сил, желтухе и гепатите, желчно-каменной болезни, язве желудка и двенадцатиперстной кишки, при аллергии, экземе, фурункулёзе, увеличении селезёнки, нефрите и других заболеваниях почек, недержании мочи. Настой из цветов успокаивает центральную нервную систему, усиливает деятельность сердца, замедляет его ритм.

Свежий настой травы и отвар корней понижает уровень сахара в крови и представляет собой природное, почти нетоксичное средство — очень перспективное в терапии сахарного диабета лёгкой и средней тяжести.

Кроме того, цикорий проявляет тиреостатическое действие, благотворно влияя на щитовидную железу.

Я давно приметил, что цикорий не любит выступать в одиночку, ему подавай хоть небольшую, но компанию. В ней он может оказаться даже заводилой, усиливая действие лекарства.

А один… тоже придёт на помощь при необходимости, особенно при заболеваниях печени, желудка, селезёнки.

ЦИРРОЗ И ДРУГИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ ПЕЧЕНИ. Измельчить все растение: корень, стебель, листья. 2 столовые ложки залить 0,5 л кипятка, на слабом огне ещё покипятить 15 минут, после чего снять с огня, добавить в отвар 2 столовые ложки мёда и 1 чайную ложку фруктового уксуса. Отвар принимать горячим.

ТУБЕРКУЛЁЗ. 2 столовые ложки корней на пол-литра кипятка. Настоять до остывания. Упорное лечение рубцует инфильтраты, препятствует их возникновению.

ЭКЗЕМА. Готовить из расчёта 2 чайные ложки травы на 1 стакан кипятка. Настаивать 15–20 минут. Отжатую траву прикладывать к поражённым местам, пока пятна не исчезнут, оставив после себя небольшое общее красное пятно. Распаренная трава подходит и для компрессов при ТРОФИЧЕСКОЙ ЯЗВЕ — компресс ставят на ночь.

ОПУХОЛЬ СЕЛЕЗЁНКИ, ЦИРРОЗ ПЕЧЕНИ, ЖЕЛТУХА, БОЛИ В ЖЕЛУДКЕ. Все растение целиком измельчить, взять 40 г на 1 л холодной воды, довести до кипения, на слабом огне кипятить 15 минут, 1 час настоять, процедить. Принимать по полстакана 2–3 раза в день за полчаса до еды.

* * *

Серьёзных противопоказаний к цикорию не выявлено. Побочными проявлениями могут быть возбуждение и сильный кашель, а также излишний аппетит, что необходимо учесть при полноте и ожирении.

Чайный куст

Редко кто из нас обходится без ежедневного чаепития, настолько популярен и вошёл в наш быт этот вкусный и полезный напиток. Каждый устанавливает для себя свою собственную дозировку: кто-то ограничивается слабеньким настоем, а некоторые любят заварку покрепче.

Для чая характерно обилие фитонцидов, в их состав входит более тридцати летучих альдегидов, а содержанием белков и питательной ценностью чайный лист не уступает бобовым культурам.

В чае обнаружено 17 аминокислот, из них наиболее ценной является глютаминовая кислота. Чай содержит макроэлементы: железо, фосфор, магний, калий, кальций, марганец и микроэлементы: медь, йод, фтор, золото. Есть много витаминов и пантотеновая кислота. Танин чая после обработки окисляется и теряет горький вкус, приобретая приятную терпкость. Танин и кахетины чая обладают свойствами витамина Р.

В чае содержится до 4 % кофеина — этого хватило бы, чтобы почти каждый из нас, пьющий чай, непременно отравился бы этим алкалоидом. В кофе кофеина входит меньше, зато от него мы чувствуем при излишке учащённое сердцебиение, другие неприятные сосудистые нарушения. Почему так? — спросите вы. Дело в том, что в чае кофеин постоянно находится в связанном состоянии с танином, и в организм поступает совместно с теобромином и теофиллином, поэтому кофеин чая всасывается медленно и быстро выводится из организма.

Установлено, что калорийность чая в 25 раз выше, чем у хлеба (если исходить из расчёта сухой массы). Чай обладает тонизирующим, стимулирующим действием на центральную нервную систему, усиливает процессы возбуждения в коре головного мозга, повышает умственную и физическую работоспособность. Напрасны споры: какой чай лучше — чёрный или зелёный? Оба в одинаковой степени полезны, но в лечебном отношении выполняют разные функции. Например, если для гипертоников зелёный чай является полезным, то для гипотоников, наоборот, нежелательным.

Зелёный чай положительно влияет на функциональное состояние коры надпочечников. Чёрный чай в определённых дозах повышает тонус сосудов, укрепляет капилляры благодаря большому содержанию витаминов В, Р, PP.

За последние годы появляются сообщения об эффективности содержащихся в чае некоторых флавоноидов и катехинов, в том числе мирицитрина, кверцетина и рутина при некоторых видах опухолей. Учёные Японии и других стран установили, что чай, особенно зелёный, обладает определённым противолучевым действием, снижая вредное влияние радиоактивных веществ на организм.

Чай благоприятно действует на функцию почек и мочевыводящих путей. Аскорбиновая кислота, железо и микроэлементы чая являются стимуляторами кроветворения. Чай полезен при таких заболеваниях, как гепатит, ревматический эндокардит, нефрит, а также при некоторых кожных заболеваниях.

* * *

А между тем имеются и противопоказания. Оба чая, как зелёный, так и чёрный, вредны при гипертериозе — повышенной функции щитовидной железы.

Зелёный чай противопоказан при гастрите с повышенной кислотностью, язвенной болезни желудка идвенадцатиперстной кишки.

Неумеренный приём чая, особенно зелёного, вызывает тяжёлые нарушения сна, истощение организма, сердцебиение, дрожание рук и ряд других отрицательных реакций. Зелёный чай, особенно его высшие сорта, абсолютно противопоказаны при гипотонии.

Частуха подорожниковая

С этим растением познакомил меня Авиценна. В его «Каноне» впервые прочитал об этом загадочном растении, потому что прежде с ним не встречался. Стал искать в справочниках — нигде о нём ни слова. Пересмотрел книги всех наших знаменитостей, пишущих о травах — то ли не хотят писать о частухе, то ли сами не знают. Лишь случайно наткнулся в определителе растений нашей республики на короткое описание — и дело сдвинулось с места. Растёт у воды (или прямо в воде на мелком месте), цветущий стебель прямостоячий, трёхгранный, безлистный — только белые цветки наверху, с тремя лепестками. А листья в прикорневой розетке с длинными черешками, с сильными продольными жилками. Очень похожи на листья подорожника. Корень съедобный.

Впрочем растение в свежем виде ядовитое, но после высушивания ядовитость исчезает. Применяется при хроническом нефрите, отёках почечного происхождения, водянке. Иногда частуху используют при геморрое. Но для меня самым важным было то, что сказал Авиценна: «она помогает от камней в почках и дробит их». При почечно-каменной болезни много трав, но они, обладая сильным мочегонным действием, попросту гонят их. А если камень крупней мочевого протока и застрянет в нём? Тогда операции не миновать. А частуха подорожниковая, прежде чем выгнать их из клубенечков, в порошок превратит.

Вот это мне и требовалось. У одной молодой дамы, преподающей в престижном институте, почки были нафаршированы камнями, как украинская колбаса салом. И каких только камней не было: оксалатные, фосфатные, уратные, даже коралловидные. Поэтому и лекарство требовалось надёжное. И я поверил Авиценне. Рецепта нигде нет, но я составил по наитию самое простонародное: 1 столовая ложка травы на стакан кипятка, настоять 2 часа и принимать по четверти стакана 4 раза в день. И вскоре песок пошёл. Изредка боли бывали — царапнет песочек паренхиму, но в первые две-три недели выходило до нескольких чайных ложек песка. Потом стало меньше и меньше, и сам песок был уже почти неразличим, скорее напоминал муть. Скоро только сказка сказывается. А у нас на лечение ушло более полугода, да и то два маленьких камешка продолжали упорствовать, забившись где-то в почти недоступной глубине. Позже и с ними справились.

Вспомнив про этот случай, я решил включить в книгу хоть несколько благодарных слов частухе подорожниковой.

* * *

Химический состав растения не изучен, но о некоторых противопоказаниях могу сказать. Нежелательно назначать частуху при острых почечных заболеваниях, гломерулонефрите, панкреатите, сахарном диабете. Не рекомендуется кормящим матерям — резко уменьшает лактацию.

Чемерица лобеля

Имеется ещё несколько видов чемериц, из них ещё аналогично используются чемерица белая и чемерица чёрная. Все эти растения очень ядовитые.

Чемерица обычно применяется наружно в виде спиртовых растираний при ревматических болях, невралгии, миозитах, радикулите. Настойку используют при педикулёзе — против вшей. Отвар корней губительно действует на кровяную двуустку, на чесоточного клеща. В народе чемерицей лечат лишаи и экземы, настаивая корень на сливках в горячей духовке.

Внутрь чемерица из-за высокой токсичности не назначается. Достаточно принять более одного грамма, чтобы вызвать отравление и смерть. И тем не менее в гомеопатии чемерица высоко ценится и широко применяется при параличах, дрожании рук, невралгии и эпилепсии, частых обмороках, а также при исхудании, быстрой утомляемости, общей слабости, крапивнице, меланхолии, ипохондрии, сильной раздражительности, приливах крови к голове, шуме в ушах, зубной боли, слюнотечении, громкой отрыжке, болях в животе, метеоризме, холере, геморрое, коклюше, бронхиальной астме, болезнях сердца — разумеется, в предельно допустимых микродозах.

* * *

Главное противопоказание к применению чемерицы — любые попытки самолечения. Особенно после того, как из рук в руки стали кочевать рецепты лечения некоторых онкологических заболеваний, спринцеваний при раке матки. Первые признаки отравления чемерицей: чувство жжения во рту, рвота, сильная потливость, кишечные колики, затруднённое дыхание, падение пульса. Может наступить остановка сердца.

Череда трёхраздельная

Если бы растения можно было, как и людей, разделить на сословия, то череда считалась бы самым обычным простонародьем — настолько она вездесуща, доступна, душа распахнута, щедра — бери сколько хочешь. Вроде бы одна из древнейших лекарственных трав, но так и осталась на века золотушной травой. Даже Авиценна и Амирдовлат ни строчки не уделили ей.

Правда, в России популярность череды была довольно большой, заготавливали её в 29 губерниях, но сырьё использовалось в прошлые века только внутри страны, так как на Западе череда не считалась лекарственным растением.

В царской России золотуха была довольно распространённым заболеванием, и в «Самоучителе сельского лечения» (1866) говорилось: «Чередою пользуются для лечения золотухи не только простой народ, но к ней прибегают очень многие из высшего сословия, соединяя её нередко для большего действия с травами Иван-да-Марьей, матьи-мачехой и корнями лопушными и сарсапарельным. Обыкновенно на стакан кипячёной воды берут этого сбора или одной череды две добрых щепоти, настаивают: бедные — в махоточке или горшочке на лёгком огне, а богатые — в чайнике на самоваре; по прошествии 1/4 часа сливают жидкость и дают пить её с мёдом или сахаром утром и вечером по чайной чашке или по стакану».

Нередко комбинировались приёмы отваров череды внутрь с обмыванием им же участков тела, поражённых золотухой, — напоминает «Самоучитель…».

Спрос на череду не снизился и сейчас, напротив, возрос, особенно в странах Запада. Ведь что такое золотуха? Грубо говоря, не что иное, как аллергия. Одно из самых модных сейчас заболеваний.

В последнее время заинтересовались чередой японцы, а вместе с ними и китайцы, корейцы.

В народе используют череду прежде всего при нарушении обмена веществ, всевозможных кожных заболеваниях, подагре, артрите, болезнях печени и селезёнки, различных нарушениях пищеварения. Чай из череды пьют после еды при авитаминозе, язвенных колитах. Опытные целители готовят из неё лекарство от черепных травм, от сотрясения мозга.

В книге «Одолень-трава» я уделил череде много внимания с полезными рекомендациями, вплоть до лечения псориаза. Повторять это не хотелось бы. Но о противопоказаниях там не было ни слова.

* * *

Сложилось мнение о полной безвредности череды, разумеется, при полном соблюдении предельно допустимых доз. И всё же длительное, неумеренное применение череды может привести к обратным результатам, особенно в детской практике — к повышению нервной возбудимости и раздражительности, к нарушению стула, падению артериального давления, сильной слабости. При перенасыщении организма, особенно у детей, я встречался с полной непереносимостью настоев и отваров череды. Нельзя забывать, что это ядовитое растение, и когда ребёнку заваривают 2–3 ложки травы на стакан кипятка, у меня сердце сжимается от жалости к нему (ведь даже 1 столовая ложка для него — это пятикратное превышение разумной лечебной дозы, если принимать внутрь).

Черёмуха обыкновенная

Королевой весны называют эту душистую белоснежную цветущую красавицу. Она соперничает с сиренью, очень часто опережая её в цветении. В прежние времена, когда я часто выбирался на весеннюю ловлю рыбы, место для отдыха непременно выбирал под роскошным, только что расцветшим деревом черёмухи. А неподалёку, на такой же цветущей красавице, неистово щёлкал соловей.

Да, от запаха черёмухи слегка кружится голова. Это даёт знать о себе притаившаяся в фитонцидах синильная кислота. В неповреждённых листьях она связана в виде гликозида амигдалина. Но попробуйте-ка повредить-таки листья! Если под колпак с измельчёнными листьями черёмухи поместить крысу или мышь, они минут через десять гибнут от ядовитых летучих испарений. Синильная кислота в виде амигдалина присутствует во всех частях черёмухи, не только в листьях и цветах, но и в плодах, особенно в косточках.

Сейчас мало кто знает, что лет двести назад черёмуху повсеместно начали уничтожать. Оговорили её злые языки. Пошла молва, что она приманивает к себе злых духов, а вместе с ними моль, тлю. Она исчезла из парков, из помещичьих усадеб, из палисадников возле деревенских изб. Рубили её и в лесу, особенно поблизости от мест летних покосов. Лишь с годами, с большим трудом её реабилитировали наиболее просвещённые люди и народные целители.

У черёмухи берут на приготовление лекарств не только цветы и плоды, но и листья, кору. Отвар плодов пьют при поносах, гастритах, с успехом применяют наружно при грибковых поражениях кожи. Настоем плодов женщины спринцуются при трихомонадных кольпитах, белях. Настой цветков пьют при заболеваниях поджелудочной железы, лёгких формах диабета, промывают настоем больные глаза. Отвар коры принимают чайными ложками при лихорадке, простуде, кашле, цистите. Знахари издавна успешно лечили черёмухой подагру, ревматизм, туберкулёз лёгких. До сих пор одним из лучших лечений фурункулёза и гнойных ран являются примочки из цветов черёмухи. Настой из черёмухи одно из радикальнейших средств лечения кариеса зубов. Большое содержание витаминов Е, Р, С способствует лечению импотенции, а разведённый настой плодов для спринцевания — лечению хронического кольпита и белей (этот способ опробован столетиями). Жаль, сейчас редко используют это средство.

ХРОНИЧЕСКИЙ КОЛЬПИТ, БЕЛИ. 1 столовую ложку цветов или плодов заварить в термосе 2 стаканами кипятка. Выдержать 6-10 часов. Применять 3–4 раза в день для спринцевания.

ПОЛИАРТРИТ. 5 г коры черёмухи на 1 стакан воды, довести до кипения и варить 15 минут, настоять полчаса. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день.

РАК ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ. В эмалированную или стеклянную посуду положить 2 столовые ложки сухих цветов черёмухи и 2 столовые ложки сушёной коры с молодых веток. Залить 3 стаканами кипятка, настоять, укутав, 6–8 часов до цвета тёмного вина, процедить, сырьё отжать. Хранить в прохладном месте не более 2 суток. Пить в тёплом виде как чай по полстакана 3 раза в день за полчаса до еды.

* * *

Не надо забывать, что в плодах содержится амигдалин, который, разлагаясь в пищеварительных органах, образует синильную кислоту — злоупотребление может вызвать сильное отравление. Не лишним будет напомнить, что черёмуха противопоказана при запорах, геморрое, трещинах в прямой кишке, Все препараты черёмухи противопоказаны при беременности.

Черника

На Руси чернику называли «молодильной ягодой». Считали, что она омолаживает организм. Наши предки знали целебную силу черники. Применяли при камнях в почках, при подагре, ревматизме, нарушении обмена веществ. При острых и хронических нарушениях пищеварения с поносами, потерей веса, аппетита, при колитах и энтероколитах с бродильными и гнилостными процессами в кишечнике в первую очередь обращались к чернике.

В ягодах и листьях обнаружено немало полезных веществ. Листьями лечат некоторые формы сахарного диабета, пиелонефрит и другие заболевания почек. Сироп из ягод дают при дисбактериозе. Черника благотворно влияет на зрение, особенно при большой нагрузке на глаза.

Эти вещества, благотворно действующие на зрение, пока полностью не расшифрованы, но их действие подтверждено. Во время второй мировой войны английским лётчикам ежедневно включали в паек черничный джем. Черника включена в обязательное меню космонавтов.

Черника содержит много марганца, меди, бора, титана, хрома, много каротина. Помимо каротина в чернике также обнаружены витамины С, Р и группы В. Особенно высоко в ней содержание витамина В— рибофлавина (возможно, с этим витамином связано улучшение зрения). В чернике содержатся лимонная, яблочная, янтарная и хинная кислоты, тростниковый сахар, много пектиновых веществ. У черники есть специфические особенности: она содержит много дубильных веществ и гликозиды. Их сочетанию приписывают способность снижать сахар в крови. В связи с этим ягоды и отвар листьев черники, собранных в июле-августе (в листьях содержатся все те же вещества, что и в ягодах), рекомендуются для лечения некоторых форм сахарного диабета. Цельный и разбавленный водой сок может оказывать бактерицидное действие, в том числе на дизентерийную палочку и возбудителей брюшного тифа.

В чернике обнаружен оксикумарин, обладающий способностью понижать свёртываемость крови, а это не даёт образовываться тромбам и способствует их рассасыванию, к тому же препятствует возникновению инсультов и инфарктов.

В народе готовят сироп из ягод, полезный при остром и хроническом заболевании тонкого и толстого кишечника, при гнилостном брожении (урчании, вздутии, метеоризме, дисбактериозе) в кишках. Компрессы или отвар из листьев (для клизмы) хорошее средство для лечения геморроя. Лучшего средства не придумать в лечении поноса, особенно у детей и стариков.

Листья черники содержат арбутин, ими лечат болезни почек, пиелонефрит.

Французская народная медицина, а в настоящее время и классическая, применяют чернику для лечения и предупреждения опухолей во внутренних органах человека.

Женщины использовали ягоду для остановки маточных кровотечений (обильный мензос или при климаксе).

Я применял листья черники при остром лейкозе в комплексе с другими травами:

1 столовую ложку на стакан кипятка, настоять 2–3 часа, пить по трети стакана с одной из индивидуально приготовленных настоек. (Здесь я не имею возможности дать полный расклад комплексов, которые менялись каждый месяц и содержали совершенно разные компоненты.)

Но можно воспользоваться и отдельным рецептом, который тоже принесёт пользу.

БЕЛОКРОВИЕ. 6 столовых ложек листьев черники залить 1 л кипятка, настоять 2–3 часа, процедить. Пить по 5–6 стаканов в день с равными промежутками времени в течение месяца. Перерыв на 10 дней, затем повторить. Допускается и при медикаментозном лечении.

РАК ЖЕЛУДКА. 2 столовые ложки листьев залить полным стаканом кипятка, настоять 3–4 часа, процедить. Пить по 1/3 стакана 3 раза в день до еды.

МЕНОРРАГИЯ (аномально сильное кровотечение во время менструации). 1 столовую ложку листьев залить стаканом кипятка, парить на водяной бане 15 минут, настоять 1 час. Процедить. Пить по 1/3 стакана 3 раза в день до еды.

ГИПЕРТОНИЯ. 4 чайные ложки ягод залить стаканом воды комнатной температуры, настоять 8 часов (лучше ставить на ночь). Выпить дробными порциями в течение дня.

КОНЪЮНКТИВИТ. Съедать ежедневно по 1 столовой ложке свежих или сухих ягод черники.

ЭКЗЕМА. Из свежих ягод приготовить густой отвар и, не процеживая, толстым слоем накладывать на поражённые места и обвязать марлей. Таким же отваром обрабатывают сыпи, прыщи, некротические язвы и обожжённые места.

* * *

К сожалению, не все могут пользоваться черникой безнаказанно. Нельзя употреблять её при гастрите с повышенной кислотностью.

Противопоказана черника при низкой свёртываемости крови. Само собой разумеется, не принесёт черника пользы при атонических запорах, вялой перистальтике кишечника.

Особенную осторожность необходимо проявить аллергикам. Мне приходилось наблюдать, как съеденные две-три горстки ягод вызвали одновременно у двух женщин сильнейшую аллергическую реакцию, с болезненными кожными высыпаниями и отёками. Обе промучились несколько дней, хотя и были предприняты все противоаллергические меры (тавегил, димедрол). Что интересно, на красные, сильно зудящие кожные пятна единственным успокаивающим средством оказалась спиртовая настойка скорлупок кедровых орехов — они оказались спасительными.

Черноголовка обыкновенная

Черноголовку часто можно встретить на лугах, открытых лесных полянах, вблизи рек и озёр, даже у дорог. Используется она не только в индийской, тибетской и китайской медицине, но и во многих других странах. Не пренебрегает ею и гомеопатия.

В народной медицине отвар травы с большой пользой пьют при дифтерии, туберкулёзе горла, ангине, при воспалении верхних дыхательных путей, этим же отваром полощут горло при гипертиреозе, а внутрь принимают при узловом зобе.

В некоторых случаях настой травы бывает эффективным при эпилепсии. Кроме того, настой травы принимают при сахарном диабете, желудочных болях, гастроэнтерите, дизентерии, различных кровотечениях, болезнях сердца, гинекологических заболеваниях. Растение обладает сильной антигрибковой активностью. Назначают Черноголовку и при раковых опухолях.

Вдумайтесь во весь этот перечень. Кто-то, вероятно, пробежит глазами мельком по этим строчкам, не задумываясь — это, мол, меня не касается, моих «болячек», к счастью, тут нет. А ведь за каждым словом стоит болезнь, порою очень серьёзная. И тогда, может быть, вы увидите меня или другого травника, сидящего на корточках и растение — маленькое, хрупкое, несколько мелких листочков и тёмно-красный цветок, прикрытый сверху фиолетовой шапочкой. Срежешь несколько растений и через несколько шагов снова опускаешься на корточки. И так целый день, пока не наберёшь сколько успеется — много всё равно не получится. На лечение одного человека несколько дней надо пособирать. Да и собираешь не всюду, где придётся, а в своих заранее облюбованных местах.

Здесь я хотел бы коснуться одной любопытной стороны. Однажды застрял я на пару недель в знаменитом курорте «Янган-тау». Помогал начмеду с открытием фитобара. А заодно собирал в окрестностях травы. И вот в одном месте, подальше от территории курорта, там, где десятки лет назад, до открытия курорта, копали себе ямы и лечились «дикари», я увидел в одной ямке и на её гребне Черноголовку, да такую пышную, что она в четыре-пять раз превышала обычные растения. Ещё походил поблизости и всю собрал. В одном месте даже почувствовал идущее из горы тепло — будто не вся она ещё сгорела. Высушил Черноголовку. А когда применил её в лечении — она оказалась в несколько раз сильней обычной партии Черноголовки. И теперь стараюсь при случае брать её там.

РАК РАЗЛИЧНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ. Измельчить растение, 1 чайную ложку залить стаканом кипятка, настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день до еды.

ТУБЕРКУЛЁЗ КОЖИ, ГИПЕРТИРЕОЗ, ГИПЕРТОНИЯ, ЗАБОЛЕВАНИЯ ЖЕНСКИХ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ, ЭКССУДАТИВНЫЙ ДИАТЕЗ, РЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОЛИАРТРИТ. Так же 1 чайную ложку травы залить стаканом кипятка, настоять 2 часа. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день до еды.

АНГИНА, СТОМАТИТ. Такой же настой использовать для полосканий. Помогает хорошо и быстро.

Удивляться тут нечему. Растение всё-таки ядовитое (но не страшней других слабо ядовитых трав). Видимо, обладает большой биологической силой. А химический состав пока известен, образно говоря, на уровне начальной школы.

* * *

При пользовании Черноголовкой необходимо учитывать, что её препараты могут ухудшить состояние больного с низким кровяным давлением или страдающего длительными запорами. Противопоказана Черноголовка при повышенной свёртываемости крови, тромбофлебитах, тромбозах. Не рекомендуется применять при беременности.

Чеснок посевной

По одной из самых древних легенд, его появление возникло после того, как с небес был свергнут Сатана. Когда он, изгнанный из рая, впервые ступил на землю, то на месте левой ноги вырос чеснок, а правой — лук. И у того и у другого вкус и запах приятным не назовёшь, поэтому Адам с Евой не сразу восприняли ценность божественного дара — не Сатана же произвёл их на свет.

В Древней Греции и Риме чеснок применялся при жертвоприношениях богам. Пифагор называл чеснок «королём всех пряностей». Обожествляли чеснок египтяне — они настолько превозносили это растение, что простым смертным его было запрещено употреблять. В Индии маленькому ребёнку на шею надевали ладанку с чесноком. Авиценна считал, что чеснок «лечит все болезни, а старости говорит "подожди". А причудам природы остаётся только удивляться: ведь элегантный тюльпан, благоухающая лилия и чеснок — представители одного семейства — лилейных.

И тем не менее при всей незавидной внешности и далёкому от благоухания запаху чеснок занимает едва ли не первое место в растительной домашней аптеке. За ним не надо бегать в аптеку, тем более ездить в дали дальние — его найдёшь в доме у любой хозяйки. Издавна чеснок считается одним из лучших антисептиков. Это первое домашнее средство при заболеваниях простудой, гриппом, вирусной инфекцией. Вдыхание его паров помогает при кашле, ангине, быстро излечивает насморк. Чесноком лечат бронхиты, бронхиальную астму, бронхоэктатическую болезнь, абсцесс лёгкого, атеросклероз, ряд желудочно-кишечных болезней, ревматизм, кожные болезни, предраковые и раковые опухоли различной локализации. Кашицу из чеснока в смеси с мёдом используют при варикозном расширении вен, облитерирукяцем эндартериите.

Чеснок популярен во всех странах. В Китае им лечат, как и у нас, болезни органов дыхания, пищеварения, кровообращения, ревматизм, авитаминоз, кожные болезни и нарушения менструального цикла. В Европе — туберкулёз и дизентерию. В Японии свежим и малосольным чесноком лечат рак, он является необходимой составной частью всех противораковых лечебных мероприятий. А в России настойка чеснока на водке применялась для лечения почек и мочевого пузыря, дробления (выведения) камней из этих органов.

Не сомневаюсь, в каждой семье имеются записанные на всякий случай рецепты с применением чеснока. Поэтому я коснусь лишь нескольких советов, которые никому не помешают.

ДИСБАКТЕРИОЗ. Среднюю головку чеснока очистить, растолочь, залить полученную кашицу 1 стаканом нерафинированного подсолнечного масла и убрать на сутки на нижнюю полку холодильника. Потом принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день за полчаса до еды. Перед употреблением в ложку масла влить 1 столовую ложку сока лимона. Курс — от 1 до 3 месяцев. Перерыв 1 месяц. При необходимо сти повторить. Помимо всего это снимает спазмы сосудов мозга, сердечной мышцы, одышку, благоприятно действует при атеросклерозе.

ЛЯМБЛИОЗ. Смешать поровну кашицу чеснока и хрена. Четверть стакана смеси залить 0,5 литра водки и настоять 10 дней, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 2–3 раза в день за 20 минут до еды, запивая водой.

БРОНХИАЛЬНАЯ АСТМА. Смешать 100 г кашицы чеснока и 100 г кашицы хрена, добавить 150 г сливочного масла и 600 г мёда, разогреть на водяной бане, тщательно помешивая. Хранить в холодильнике под плотной крышкой. Принимать по 1 столовой ложке за 1 час до еды. Курс лечения 2 месяца. Месяц перерыв, затем повторить до полного выздоровления.

ВАРИКОЗНОЕ РАСШИРЕНИЕ ВЕН, ОБЛИТЕРИРУЮЩИЙ ЭНДАРТЕРИИТ, ИШЕМИЯ СЕРДЦА. Смешать в равных частях по весу кашицу чеснока и мёд, плотно закрыть и настоять в тёмном месте неделю, периодически помешивая. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день за 40 минут до еды в течение 1–2 месяцев.

* * *

За всей этой несомненной полезностью частенько забывают про вредоносные стороны чеснока. Забывают, что свежий чеснок противопоказан при воспалении поджелудочной железы — панкреатите.

Противопоказан чеснок при таких заболеваниях почек, как нефриты и нефрозы.

От лечения чесноком поневоле откажешься при гастрите с повышенной кислотностью, язве желудка и двенадцатиперстной кишки, если не хочешь заполучить обострение болезни.

Чеснок непременно нанесёт вред и при обострении геморроя. Противопоказан чеснок при эпилепсии, беременности. Не показаны препараты чеснока при избыточном весе, ожирении.

Ходит по рукам и нет-нет да промелькнёт в печати рецепт чесночной спиртовой настойки, якобы найденный в каком-то древнем тибетском монастыре, принимаемый по капельной схеме для очистки сосудов при атеросклерозе, ишемии и при множестве других болезней. До поры до времени я не воспринимал его всерьёз, но теперь отношусь крайне насторожённо. Мне известно несколько конкретных случаев, когда такое лечение заканчивалось обширным инфарктом миокарда с летальными исходами. Возможно, это была цепь роковых случайностей. Ушли из жизни люди, которые без этой настойки, на мой взгляд, вполне благополучно могли бы жить и дальше, ни у одного из них не было серьёзных предпосылок, они пили эти капли ради профилактики, чтобы чувствовать себя ещё здоровее, чтобы обезопасить себя на будущее, но, видимо, имелись какие-то противопоказания, а какие — это осталось для меня загадкой.

Да, великий Авиценна говорил, что «чеснок лечит все болезни». Однако и он обнаруживал противопоказания к нему. Здесь уместно вспомнить его же слова о том, что «чеснок ослабляет зрение». Или тоже ошибался?..

Чистец лесной

Для меня это растение всегда казалось несколько загадочным. Может быть потому, что в народе его прозвали змеиной травой. Но змей возле него я никогда не видел. А возможно, чем-то напоминало змеиную голову высовывающееся из общей массы травы малинового цвета длинное соцветие. Лишь когда подойдёшь поближе, потрогаешь мягкие листья со своеобразным, не очень приятным запахом, видишь безошибочно — чистец лесной.

Он загадочен ещё потому, что редко встретишь его описание, его обходят вниманием, химический состав мало изучен, а у травников почему-то почти не встретишь.

Очень давно, когда я лечил саркому у одного молодого человека, с пользой я применял его наружно на примочки — чаще всего больной просил именно эту траву и только на него она уходила. Опухоль на его правом плече была размером с футбольный мяч. Чистец снимал боль, и он мог спокойно спать. Больше года длилось лечение, однако спасти больного не удалось. Его сестра с суеверным ужасом рассказывала, что после смерти брата опухоль вдруг сама собой отвалилась, а на теле не было каких-либо следов от неё (больной жил в Нефтеюганске, я сам этого видеть не мог). Упорно говорили о наведённой на смерть порче, предположительно даже называли человека, сделавшего это, но я знал, что в четвёртой стадии такая болезнь не лечится, и лишь старался облегчить больному существование.

Зато чистец лесной сослужил добрую службу как родовспомогательное средство. Если пить его настой накануне родов, они протекают безболезненно, без патологии, без кровотечений, идеально очищаются от последа родовые пути. К слову, такое свойство чистеца лесного подтверждают сами медики, отмечая, что экстракт травы благоприятно действует на течение послеродового периода у женщин, даже при патологии. Поэтому препараты чистеца лесного рекомендованы в акушерско-гинекологической практике в послеродовом периоде — при атонии матки и маточных кровотечениях. Установлено, что препараты чистеца обладают маточным действием, подобно препаратам спорыньи, повышают тонус матки и усиливают её сокращения, но действие чистеца несколько слабее спорыньи и близко по эффекту к алкалоиду сферофизину.

Кроме того, стоит отметить, что спиртовый и спиртоводный экстракты травы чистеца оказывают седативное действие на центральную нервную систему, снижают артериальное давление.

В народной медицине настой травы употребляют при нарушении менструального цикла, истерии, обмороках, эпилепсии и различных кожных заболеваниях.

Чистец лесной относится к ядовитым растениям. Дозировка здесь не просто строгая, а практически одна и та же при разных заболеваниях.

НЕРЕГУЛЯРНЫЕ МЕНСТРУАЦИИ, ПЛОХОЕ КРОВООБРАЩЕНИЕ, «МОЗГОВОЙ УДАР», ИСТЕРИЯ, ОБМОРОКИ, ЭПИЛЕПСИЯ. 1 чайную ложку травы залить 2 стаканами кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день.

ГРУДНИЦА, ВОСПАЛЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ЖЕЛЕЗ, РАНЫ, ЯЗВЫ. К ранам и язвам прикладывают измельчённую траву, а в виде припарок используют для «размягчения» желез и грудницы.

ОПУХОЛЬ ГРУДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ. На ночь ежедневно прикладывают компресс из тёплого настоя (настой: 1 столовая ложка на стакан кипятка). Делать, пока опухоль не рассосётся. В летнее время используется свежая трава. Менять повязку 1 раз в день.

РОДЫ. За несколько дней до начала родов начать принимать настой травы чистеца лесного. Я давал такой рецепт: 1 чайную ложку травы без вороха, без горки залить стаканом кипятка, настоять 1 час, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день (в редких случаях до 1/5 стакана на приём). После родов продолжить приём настоя опять-таки индивидуально: неполную чайную ложку травы на стакан кипятка и пить по 1 столовой ложке 3 раза в день, если всё идёт благополучно, а в сложных случаях, если продолжаются кровотечения или сложности с последом — дозу увеличить до 15 стакана 2–4 раза в день.

* * *

Главное требование: соблюдать дозировки.

По способности снижать артериальное давление чистец лесной превосходит пустырник, его нельзя назначать при гипотонии. Чистец противопоказан при беременности, исключая лишь самые последние дни донашивания плода. (Такие же противопоказания имеют родственные растения — чистец болотный, чистец прямой.)

Чистотел большой

Насчитывается более двухсот заболеваний, при которых чистотел способен помочь организму. Перечислить их здесь нет возможности, да и нет необходимости

— в каждой семье найдутся рецепты по его применению, а в случае чего сведения можно почерпнуть в любом лечебнике. Целый подвиг совершила Лидия Костикова, собрав все сведения в книжке «Лечение чистотелом» (СДС, Санкт-Петербург, 2000). Читатель найдёт там разделы по лечению онкологических заболеваний, болезней печени, желудка, кишечника, почек и мочевого пузыря, кожных заболеваний, вплоть до псориаза, красной волчанки, туберкулёза кожи, гангрены, а также женских заболеваний от миомы, фибромы, кистозных образований, мастопатии вплоть до рака матки — не переписывать же мне все это, хотя некоторые мои рецепты соприкасаются с её рекомендациями.

Судя по специальной литературе, данные об эффективности применения чистотела для лечения рака внутренних органов сомнительны. По некоторым авторитетным мнениям, улучшение состояния раковых больных объясняется наркотическим и анестезирующими свойствами чистотела, хотя и не отрицается, что чистотел, если и не вылечивает, то во всяком случае задерживает рост опухоли. Иные считают, что чистотелом можно лечить рак, но только если он протекает без метастазирования.

При лечении женских заболеваний (рака матки) некоторые целители убеждены, что чередование тампонов с чистотелом и чесноком вылечивает злокачественные заболевания.

Мне трудно быть арбитром в этих спорах, потому что отдельными препаратами лечение я не провожу. И при излечении того же рака матки, а было их несколько десятков случаев, я не могу отдать предпочтение отдельно какой-либо траве и даже нескольким травам, так как невозможно бывает определить, сыграл ли решающую роль марьин корень, ярутка полевая, или основную ношу на себя взяли яды — болиголов, борец синий или борец высокий, а может быть и мухомор. А разве скинешь со счёта противоопухолевый бальзам или индивидуально подобранный сбор из 7–9 трав для спринцеваний, а может точку над «и» поставили тампоны с тем или иным травяным маслом? Поэтому я всегда даю односложный ответ: лечит комплекс.

Что касается чистотела, то я нисколько не сомневаюсь в его противоопухолевых способностях. Иметь такой богатейший химический состав — и оставаться в стороне от сложных задач? Ведь одних алкалоидов в нём более двадцати. Из них алкалоиды холидин, гомохелидонин и метаксихелидонин представляют собой митозные яды, способные задерживать рост опухолей. А во всей сумме химического состава чистотел обладает противовоспалительным, ранозаживляющим, противозудным, болеутоляющим, противогистаминным, мочегонным, желчегонным, противосудорожным и прижигающим действием. Они задерживают рост злокачественных опухолей, обладают фунгистатическим и бактериостатическим свойством по отношению к туберкулёзной микробактерии, существенно снижают и предупреждают развитие некоторых грибковых заболеваний, обладают антивирусным, противомикробным и инсектицидным действием.

Из своей практики приведу такой пример. Немолодая женщина, врач-гинеколог, вырастила у себя в мочевом пузыре целый огород полипов (это мы шутили так, хотя обстоятельство вовсе нешуточное).

ПОЛИПО3 МОЧЕВОГО ПУЗЫРЯ. Назначение было такое: 1 чайную ложку сухой майской травы чистотела залить стаканом кипятка, закрыть крышкой и настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1/4 стакана 3–4 раза в день, капая из пипетки в каждую порцию по 20 капель законсервированного сока чистотела. Сок готовил тоже из майской, только начинающей цвести травы и смешивал пополам с водкой. Провели два четырехнедельных курса с перерывом на месяц. Обследование показало: мочевой пузырь чист. Через четыре месяца курс повторили — уже профилактически, с применением живокости полевой, грушанки, леспедезы, борца синего (за год до этого я лечил у неё рак мочевого пузыря и профилактические курсы хотя бы раз в полгода были необходимы). За эти последние два года больше никаких жалоб не было.

* * *

Чистотел относится к ядовитым растениям, но при соблюдении всех правил общения с ним достигаются только положительные результаты. Разумеется, необходима точная, индивидуально выверенная дозировка.

Большие дозы и длительное применение могут дать побочные проявления: головокружение, тяжесть в голове и в желудке, жажду, даже обморок, галлюцинации. Лечение чистотелом необходимо прекратить или перейти на минимальные дозы. А если продолжать применять в чрезмерных количествах — наступит угнетение дыхательного центра, падение пульса, потеря сознания, не исключается и смерть.

Чистотел снижает давление и самостоятельно не назначается при гипотонии. Не рекомендуют его отвары и настойки при брадикардии.

Длительное (по полгода и больше) применение препаратов чистотела, пусть даже в малых дозах, может вызвать дисбактериоз кишечника, а при наличии дисбактериоза он вообще противопоказан.

Если наблюдается сильный заброс желчи в желудок, лечение чистотелом необходимо прекратить.

Особую осторожность надо проявить при использовании ванн с применением отвара чистотела при кожных заболеваниях, а в детской практике лучше и вовсе отменить такие лечебные ванны, заменив их чередой, короставником и другими менее токсичными травами при некоторых сопутствующих заболеваниях. Специалистами отмечено, что чистотел в галеновых формах противопоказан для наружного применения лицам, страдающим эпилепсией, бронхиальной астмой, стенокардией, а также рядом неврологических заболеваний.

Шалфей лекарственный

Название травы происходит от древнегреческих слов: солнце, здоровье, благополучие. «Священной травой» называли шалфей Гиппократ, Диоскорид и другие древнегреческие медики. И поныне листья шалфея официальны во многих странах мира.

Традиционно шалфей используют для полоскания при остром течении ангины, хроническом тонзиллите, стоматите, гингивите, афтозных поражениях полости рта.

Кроме того, настой листьев шалфея принимают при желудочных заболеваниях, холецистите, гепатите, лёгких формах сахарного диабета, гипотиреозе, дрожательном параличе, туберкулёзе лёгких, хронических бронхитах, суставном ревматизме, межпозвоночном остеохондрозе. Ванны с шалфеем полезны при экземах, псориазе, кожных сыпях. Шалфей улучшает память, чистит кровеносные сосуды.

Шалфей — хранилище фитогормонов. Роль их до сих пор недостаточно изучена. Известно, что они выполняют роль катализаторов и подобны человеческим гормонам, похожих на эстрогены (женские половые гормоны). Вот почему женщинам после 35 лет полезно проводить курс омолаживания — три раза в год по месяцу регулярно пить по утрам стакан настоя: 1 чайная ложка шалфея на стакан кипятка. Настаивать до охлаждения. Пить медленно, за 30–40 минут до еды. Для вкуса можно добавлять мёд или лимон. В Древнем Египте после опустошительных войн или эпидемий, женщин в обязательном порядке заставляли пить заваренный шалфей и приправлять им пищу — для того, чтобы увеличить население. Жрецы раздавали траву бесплатно. Особенно тщательно следили за выполнением этих условий молодыми женщинами.

Ничего удивительного или мистического в этом нет. Настой семян шалфея способствует зачатию, помогает как мужчинам, так и женщинам. В отличие от других растений, помогающих зачатию, шалфей повышает у женщин «присасывающий» рефлекс шейки матки.

Настой готовится так: 1 чайную ложку семян заливают стаканом кипятка. Не процеживать. Держать в холодильнике, чтобы не прокис. Пить по 1 десертной ложке 2 раза в день — утром натощак и перед сном в течение 11 дней сразу после прекращения менструации. Курс лечения — 3 месяца. Если не наступит желанная беременность, то сделать на два месяца перерыв и повторить лечение. Результат обязательно будет. А нет — значит надо лечить воспаление труб и яичников.

Надеюсь, кто-то с благодарностью воспримет и следующие советы.

ПРОДЛЕНИЕ ЖИЗНИ. (Особенно полезно в пожилом возрасте.) 100 г цветков шалфея, 800 мл водки и 400 мл воды. Настаивать 40 дней на солнце в закрытом стеклянном сосуде. Принимать по 1 столовой ложке пополам с водой утром натощак. Годность настойки 1 год. Тонизирует и стимулирует нервную систему, кроме того, шалфей содержит природные антиоксиданты. Примечание: шалфей растёт на юге — в Крыму, Краснодарском крае, на Кавказе, на Украине, в Молдавии — можно насчёт цветков или настойки договориться с родственниками или знакомыми, либо выписать по почте.

ПЛОХАЯ ПАМЯТЬ. Листья истолочь в порошок. Принимать по щепотке 3 раза в день, запивая водой.

ПАРКИНСОНИЗМ, РАССЕЯННЫЙ СКЛЕРОЗ. 2 чайные ложки шалфея залить 2 стаканами кипятка, томить в тепле 2–3 часа. Дважды процедить. Суточная доза: выпить дробными порциями не более половины стакана за 1 раз. Или принимать по 1 десертной ложке 3–4 раза в день — индивидуально. В отдельных случаях полезны шалфейные ванны до 5–7 процедур.

Шалфей дикий, луговой

Растёт у нас всюду на лугах. Собирать в начале цветения. Не стану описывать его, но он тоже содержит антоцианы, стероиды, органические кислоты, эфирные масла.

Будет полезнее, если расскажу о его применении.

НЕВРОЗ СЕРДЦА, НЕВРАСТЕНИЯ. 2 чайные ложки высушенных листьев залить 2 стаканами кипятка, настоять 1 час. Пить по полстакана 2–4 раза в день в тёплом виде.

МОЛОЧНИЦА. 1 полную столовую ложку на 200 мл кипятка. Настоять полчаса. 3 части настоя смешать с 1 частью столового уксуса. Делать примочки.

СНИЖЕНИЕ СЛУХА. Горсть листьев залить горячей водой, довести до кипения. Когда закипит, держать над паром то одно, то другое ухо. Низко не наклоняться, чтобы не обжечься. Делать 1–2 раза в день до улучшения.

ТУБЕРКУЛЁЗ ЛИМФАТИЧЕСКИХ УЗЛОВ. 2 столовые ложки листьев залить стаканом кипятка, сначала настоять 5 минут, потом прокипятить 2 минуты. После остывания процедить. В шалфей через месяц можно будет добавлять мелиссу, мяту, зверобой, смородину, шиповник. Внутрь принимать по 1–2 столовые ложки, остальной отвар использовать на примочки.

* * *

Шалфей — я сейчас говорю о лекарственном — при всей своей очевидной пользе не лишён и побочных проявлений.

Его следует исключить из лечебных средств при пониженной функции щитовидной железы.

Шалфей противопоказан при острых воспалениях почек — нефритах, пиелонефритах, гломерулонефрите.

Нельзя принимать настой шалфея при сильном кашле, иначе он только усилит его.

Плохо переносится шалфей при гипотонии. Нежелательно пользоваться им свыше трёх месяцев подряд (необходимы перерывы).

Шалфей противопоказан при беременности. В целях предосторожности не назначают его препараты кормящим матерям, так как он резко уменьшает количество молока.

Противопоказан шалфей при аменорее — длительной задержке менструаций.

Всё это относится и к шалфею луговому.

Шиповник коричневый

По преданию, Сатана, будучи свергнут Богом с неба, задумал вновь подняться туда. Для этого он избрал шиповник, чьи прямые стволы с шипами могли служить ему как бы лестницей. Но Господь угадал его мысли и согнул стволышиповника. И вот с тех пор шипы стали не прямыми, а изогнуты книзу и цепляются за всё, что до них дотрагивается.

Так что цену шиповнику знали ещё в библейские времена. Только позже, значительно позже, появились и больные люди, для которых «своборина» — так называли славяне шиповник в те незапамятные времена, сделался едва ли не панацеей от множества недугов.

В средневековой России плоды шиповника выдавались по особому разрешению только знатным лицам. За его цветками и плодами снаряжались специальные экспедиции в оренбургские степи. Русские лекари первыми стали употреблять пасту из шиповника для лечения ран. Крестьяне и обитатели монастырей несли трудовую повинность, собирая и отдавая в казну цветы и плоды.

Ценила плоды шиповника тибетская медицина. Его назначали при туберкулёзе лёгких, ревматизме, атеросклерозе, неврастении, заболевании почек, печени, желудка, при инфекциях, ожогах, новообразованиях.

Авиценна писал: «Шиповник хорош для печени и для желудка, наращивает мясо в застарелых язвах, рассасывает опухоли, успокаивает головную боль и боли в глазах».

За последние годы у меня прибавилось кое-что новое в использовании шиповника. Желающие могут воспользоваться.

Когда-то я писал, как растворять корнями шиповника камни в жёлчном пузыре, почках. Прекрасные результаты даёт и другой народный способ.

ПОЧЕЧНО-КАМЕННАЯ, ЖЕЛЧНО-КАМЕННАЯ, МОЧЕКАМЕННАЯ, КАМНИ В ПРОСТАТЕ И ДРУГИХ ОРГАНАХ. Безболезненно дробит и выводит камни из почек, мочевого и желчного пузыря кожица ягод. Желательно побольше насушить их на зиму. Делается это так: плоды разрезать пополам, удалить семена и волоски. Высушить на открытом воздухе, защищая от солнца, дождя и насекомых. 3 столовые ложки залить стаканом кипятка, настоять. Пить в течение двух недель дробными порциями. На третью — дозу уменьшить наполовину и выпить глотками за день в 4–5 приёмов. Так можно дробить и довольно легко выводить камни. Курс лечения 3 недели, следует проводить его каждый сезон. (Можно пить и по стакану 3 раза в день — всё зависит от того, много ли вы накопили камней.)

НЕДОМОГАНИЕ. Земские врачи лечили многие заболевания таким ликёром из шиповника. Измельчить 2 стакана плодов, смешать с 3 стаканами сахара и залить 3 стаканами воды. На 5 дней поставить на солнце, затем добавить 2 стакана водки и ещё настоять 5 дней, но уже в тёмном, прохладном месте. Процедить, хорошо отжать ягоды. Принимать по 1 столовой ложке через 20–30 минут после еды, 2 раза в день. Очень хорошо действует при начале любого заболевания, когда организм сигнализирует об этом общим недомоганием. Так удаётся избежать многих серьёзных заболеваний.

ОПУХШИЕ СУСТАВЫ. 5 полных столовых ложек цветов шиповника залить 0,5 л столового уксуса. Сначала настоять сутки, затем довести до кипения и варить 5 минут. Состав готов. Несколько дней смазывать суставы, и опухоль сойдёт (только вряд ли вылечит — дальше потребуются другие средства).

ГИПОТОНИЯ (особенно при низком давлении у беременных и кормящих женщин). 100 г плодов растереть в порошок и залить 0,5 л водки. Настоять 1 неделю. Принимать по 20–25 капель 3 раза в день до еды.

ГНОЙНЫЙ ОТИТ. Заварить немного крепкого чая из цветов шиповника, смешать с соком моркови и добавить небольшое количество сливок. Вводить в ухо при гнойном воспалении.

ПРОСТАТИТ. Разрезать плоды, очистить от семян и волосков, насушить. Чай из кожицы плодов прекрасно лечит простатит. Заваривать 1 столовую ложку на стакан кипятка, настоять 30–40 минут в тепле и выпить. Плоды можно съесть.

ИСТОЩЕНИЕ, ДИСТРОФИЯ, АСТЕНИЯ, СИЛЬНАЯ СЛАБОСТЬ. Смешать 2 кофейные чашечки молотых плодов, по кофейной чашке цветков зверобоя, тысячелистника, 300 г сливочного масла, 600 г мёда. Масло и мёд предварительно растопить на водяной бане, всыпать травяные порошки, размешать. Принимать каждый час по 1–2 чайные ложки.

* * *

В наши дни шиповник стал настолько популярным, что при любых заболеваниях его рекомендуют всем без исключения, не задумываясь над тем, что он из хорошего друга может перейти в стан недругов.

Чрезмерное увлечение шиповником небезопасно. Он имеет противопоказания при тромбофлебитах, эндокардите — воспалении внутренней оболочки сердца, недостаточности кровообращения, а также при кожных заболеваниях.

Не рекомендуется шиповник при гастритах с высокой кислотностью. Имеются сведения, что длительное применение настоя ягод может привести к застойным явлениям в печени и к гепатиту.

Настой ягод разрушает эмаль зубов, всякий раз после него надо хорошенько прополоскать рот.

Спиртовый настой ягод повышает давление (а водный настой снижает). Отвар корней уменьшает отделение желчи, может вызвать запоры, противопоказан при гипертонии.

Сироп шиповника вызывает вздутие и урчание в животе, тогда его надо сочетать с укропом, петрушкой или сельдереем.

Щавель кислый

С древних времён щавель входил в число уважаемых лекарственных растений. Это одно из 77 лекарственных растений, которые описаны в знаменитой медико-ботанической поэме Одо из Мена «О свойствах трав».

Гален и Диоскрид прописывали отвар корневищ щавеля при дизентерии, при несварении пищи, а также при кровотечениях как кровоостанавливающее средство. В эпоху средневековья щавель считали лекарством, способным уберечь человека от чумы. Щавель широко использовали в арабской, тибетской и китайской традиционной медицине.

И трудно поверить в то, что в некоторых странах, в том числе и в России, люди долгое время не решались есть щавель, считая его сорной травой. Известный немецкий путешественник Адам Олезарий, побывавший в Москве в 1633 году,

рассказывал, как москвичи потешались над иностранцами, поедавшими «зелёную траву». Русские едва ли не самые последние из европейцев преодолели неприятие «сорняка». Зато на Руси теперь даже в святцах есть в мае день «Марья — зелёные щи», когда хозяйки готовят суп из молодой кислятки.

Французы считают, что есть у них два национальных овоща: морковь и щавель. Сто лет назад только одному Парижу потребовалось двадцать тысяч тонн щавеля. Для болгар тоже весна не весна без щавеля, там его считают лучшей начинкой для пирогов.

Щавель шёл не только в щи и начинки для пирогов. Наши земские врачи с его помощью умели лечить туберкулёз лёгких, облегчали страдания людей при ревматизме.

Щавель богат флавоноидами, липидами, белками, минеральными солями, органическими кислотами (яблочная, щавелевая, лимонная), каротином, витаминами В, С, К, PP. Взаимодействие этих веществ и даёт лечебный эффект, ведь его препараты обладают вяжущим, кровоостанавливающим, диуретическим, антиаллергическим, противоцинготным, желчегонным, антитоксическим, противогрибковым и обезболивающим действием. Щавель улучшает пищеварение, уменьшает гнилостное брожение в кишечнике.

Щавель улучшает работу печени и образование желчи, улучшает деятельность кишечника. Отвар листьев используют как противоядие при некоторых отравлениях, а отвар корней используют при кровавых поносах, при болях в пояснице и ревматизме. Щавель показан при колитах, энтероколитах, заболеваниях желудочно-кишечного тракта, геморрое, трещинах заднего прохода.

Щавель — одно из лучших средств при климаксе, как у мужчин, так и у женщин. Авиценна считал, что основное предназначение щавеля — это устранить неприятные проявления климакса, надо только систематически употреблять его, тогда он проходит быстрее и легче. Женщине отвар следует пить 7 дней в месяц перед менструацией (тогда она будет безболезненной, без нервного напряжения, выделения необильны, сон крепок, нервы в покое). Заваривают 1 столовую ложку сухих листьев в стакане кипятка, настаивают 1 час, пьют по трети стакана 3 раза в день за полчаса до еды. Щавель полезен и от бесплодия. Рецепт так же прост: 1 столовую ложку щавеля залить стаканом кипятка, на малом огне прокипятить 1 минуту, настоять до охлаждения. Пить по трети стакана 3 раза в день за полчаса до еды. Если к настою щавеля добавить спорыш и мумие, эффект от лечения наступит быстрее.

Щавель нежелательно варить — при этом, как считают специалисты, и образуется вредная для организма неорганическая щавелевая кислота.

* * *

Щавель не рекомендуют употреблять в большом количестве и в течение длительного времени из-за высокого содержания щавелевой кислоты, способной вызвать нарушение минерального обмена в организме и функции почек — почечно-каменная болезнь, подагра.

Щавель противопоказан при беременности, воспалительных заболеваниях почек, гастрите с повышенной кислотностью, язве желудка и двенадцатиперстной кишки. Щавель затрудняет усвоение кальция и может способствовать развитию остёопороза.

Щавель конский

В лечебных целях он применяется значительно чаще, чем родственный ему кислый щавель. И химическое содержание у них заметно отличается.

Корни конского щавеля применяются при заболеваниях печени, при дизентерии, лёгочных и маточных кровотечениях, для облегчения стула, при геморрое и трещинах заднего прохода, наружно при ожогах, ранах, стоматитах, гингивитах, различных кожных заболеваниях.

В Германии, например, отвар корня применяется ещё при раздражении зева, гортани, катаре верхних дыхательных путей, при кашле, насморке, фронтите, головной боли (в виде растираний свежим соком).

Так же, как и кислый, конский щавель способствует образованию оксалатных почечных камней. В этих случаях необходимо сочетание с кислым молоком, кефиром или сметаной. Суть в том, что молочные продукты содержат в себе много кальция. Связываясь в кишечнике с щавелевой кислотой, кальций образует труднорастворимые, трудновсасываемые соединения (оксалаты). Желательным считается приём яблочного уксуса, лимонного сока, которые способствуют выведению оксалатов.

Для меня конский щавель представляет интерес как противоопухолевое средство.

РАК МАТКИ. 2 столовые ложки корней щавеля залить 2 стаканами кипятка, держать в закрытой посуде на слабом огне 15 минут, настоять 4 часа, процедить. Использовать на одну процедуру спринцевания. Желательно провести не менее 12 таких процедур.

Применение конского щавеля только наружное (в данном случае), поэтому конкретных противопоказаний здесь нет.

Элеутерококк колючий

В мамином саду (своего тогда не было) посадил я маленький кустик элеутерококка, подаренный мне художником Алексеем Кузнецовым. Давно нет в живых ни мамы, ни Алексея, а куст потихоньку поднялся в небольшое колючее деревце. На лечебные настойки, по правилам, нужны корни, а я не смею тронуть «чёртов куст», как прозвала его моя сестра, не раз поранившаяся колючками. Всё-таки память о двух близких людях. И другая сторона имеется — а окажется ли целебным это дальневосточное растение, неведомо какими путями выросшее на чужой для него земле? Вот и пользуюсь тем, что удаётся приобрести на стороне.

Пришедший на смену дефицитному женьшеню, он не только заменяет этот легендарный корень, но по некоторым параметрам и превосходит его. Например, хотя бы при лучевой болезни.

Ценится элеутерококк при лечении онкологических заболеваний. Во всяком случае он непременным компонентом входит в комплекс, разработанный дальневосточным целителем М. В. Голюком. Его тоже, к сожалению, нет в живых, а метод живёт и кому-то приносит пользу.

Настойку из элеутерококка я готовлю сам — аптечным, не в обиду будет сказано, не доверяю. Обычно я заливаю 5–6 столовых ложек корней 0,5 л водки и настаиваю не меньше месяца. Назначения разные — от 30 капель до 1 чайной ложки 3 раза в день — обязательно в комплексе и с перерывами.

Элеутерококк считаю одним из лучших антитоксических средств при использовании медициной циклофосфана, тиофосфамида, сарколизина и ряда других цитостатиков (нисколько не уменьшая их лечебного действия).

Элеутерококком лечат истощение нервной системы с пониженной работоспособностью и переутомлением, неврастению, психастению, бессонницу, раздражительность, ангиоспазмы, аритмию и гипотонию функционального характера, начальные формы атеросклероза и лёгкие формы сахарного диабета.

По мнению некоторых специалистов, препараты из листьев элеутерококка действеннее, чем из корней. Тоже готовят настойку: 50 г высушенных листьев на 0,5 л водки, настаивать не менее 15 дней в тёмном месте. Приём по 20–40 капель 3 раза в день. Курс лечения 25–30 дней, потом необходим перерыв.

* * *

Элеутерококк имеет серьёзные противопоказания, в этих случаях лучше его не применять.

Элеутерококк противопоказан при инфаркте миокарда.

Его противопоказания относятся к гипертонии, когда даже одноразовый приём может вызвать подскок на десяток делений.

Противопоказан элеутерококк при особых состояниях психического возбуждения, вегетативно-сосудистой дистонии, диэнцефальных пароксизмах.

Противопоказан элеутерококк при острых инфекционных заболеваниях. При инфекционном энцефалите (личные наблюдения) ухудшалось состояние больных и наблюдалась полная непереносимость элеутерококка.

Нельзя принимать настойку корней элеутерококка в жаркое время летом.

Эфедра двухколосковая — кузьмичева трава

Очень подробные сведения об этой удивительной траве я дал в книге «Одолень-трава» с подробными рецептами, какие в другой литературе не встречаются. Это довольно-таки большой раздел и нет смысла переписывать его здесь (ведь «Растения — твои друзья и недруги» я рассматриваю как продолжение той первой книги). Я могу лишь напомнить, что кузьмичева трава — одно из самых лучших народных средств при остром ревматизме, артрите, полиартрите, подагре.

Эфедра двухколосковая — препарат антиаминооксидазного действия, повышающий тонус симпатической нервной системы, артериальное давление, увеличивающий просвет бронхов (я включаю его иногда в противоастматические сборы), несколько повышающий содержание сахара в крови).

Кузьмичева трава используется также при сенной лихорадке, аллергических дерматозах, эмфиземе лёгких, при отравлении наркотическими веществами, при носовых кровотечениях и как сосудосуживающее при ринитах, фарингитах.

БРОНХИАЛЬНАЯ АСТМА. Траву измельчить. 1 столовую ложку травы залить стаканом крутого кипятка, закрыть крышкой и настоять 1 час. Принимать по 2 столовые ложки 3–4 раза в день вне зависимости от еды.

ГИПОТОНИЯ. 1 чайную ложку измельчённой травы заварить 2 стаканами кипятка, закрыть крышкой и настоять 15 минут. Пить как чай по полстакана 2–3 раза в день.

ДЕРМАТОЗЫ (зудящие). 1 столовую ложку травы залить 2 стаканами воды, довести до кипения, кипятить 5 минут, настоять полчаса, процедить. Использовать для смазываний и обмываний зудящих участков кожи.

* * *

Эфедра двухколосковая имеет такие противопоказания. Нельзя ею пользоваться:

• при атеросклерозе,

• кардиосклерозе,

• при гипертонии,

• при инфаркте миокарда,

• тахикардии,

• при повышенной возбудимости,

• бессоннице,

• базедовой болезни,

• диабете.

Ярутка полевая

Как и многие другие сорные растения, этот обитатель полей и огородов имеет большую целебную силу. Как и у многих таких сорняковых растений, химический состав мало изучен. Известно лишь, что растение сейчас интенсивно изучается в Монголии как антисклеротическое средство.

Используется все растение целиком, но чаще всего на лечебные цели идут лепешочки-семена. В китайской медицине семена рекомендуют при воспалении глаз, гипертонической болезни, атеросклерозе, миокардите, запоре и сахарном диабете. Отечественная народная медицина применяет ярутку при скарлатине, при воспалении яичников и раке матки, а также гастритах с повышенной кислотностью. Отвар травы действует абортивно. Настой листьев или порошок из них возбуждают половые функции при импотенции и бесплодии. В старину ярутку использовали при лечении гонореи и сифилиса. А сейчас настой травы идёт при кашле, бронхитах, стенокардии, желтухе, отёках, как потогонное средство при простуде, отвар травы пьют при шуме в ушах и головной боли. Заживляющее и противомикробное свойство травы используется при гноящихся порезах и язвах.

Забавный был случай. У знакомых на садовом участке после тёплых июньских дождей пышным ковром поднялась ярутка. Под ней на грядках не видно ни свёклы, ни моркови. А у меня сердце радостно забилось. Как заправский садовод взялся я за прополку и собрал за несколько часов три десятка внушительных пучков «сорняка». Уж как знакомые были благодарны за наведённую чистоту, а я на всю зиму обеспечил себя необходимым лекарством. Ярутку я несколько раз успешно применял при раке матки и яичников, да и для лечения некоторых других женских заболеваний. Я давно убедился в том, что по действию она намного превосходит пастушью сумку.

РАК МАТКИ, ЯИЧНИКОВ. Измельчить траву вместе с высохшими цветками, стручками и семенами. 2 столовые ложки залить 1 стаканом кипятка, закрыть крышкой и настоять 4 часа. Принимать по 1/4 стакана 3 раза в день, предпочтительно до еды. Более концентрированный настой сделать для спринцевания — 5–6 столовых ложек травы на 0,5 л кипятка.

БЕСПЛОДИЕ, ИМПОТЕНЦИЯ. Полторы столовой ложки высушенной травы (с цветками, семенами) залить стаканом кипятка, закрыть крышкой и настоять 4 часа, процедить. Принимать по 2 чайные ложки 5–6 раз в день (через каждые 3–4 часа).

ШУМ В ГОЛОВЕ, ГОЛОВНЫЕ БОЛИ. 1 столовую ложку сухой травы залить стаканом сырой воды, довести до кипения и варить 4–5 минут на слабом огне. Настоять 2 часа. Принимать по 1 столовой ложке 3–4 раза в день.

СТЕНОКАРДИЯ. 1 чайную ложку одних только семян залить стаканом холодной воды, довести до кипения, варить на слабом огне 5 минут, затем настоять 2 часа, процедить. Принимать по 1 столовой ложке 3 раза в день.

* * *

Листья ярутки съедобны, иногда их кладут в салат. Надо только знать, что ярутка снижает давление и длительное лечение её препаратами может ухудшить состояние гипотоника. Нежелательно пользоваться ею при атонических запорах. Ярутка противопоказана при беременности.

Ясенец белый

Башкирская природа продолжает преподносить сюрпризы. Никогда бы я не подумал, что встречу ясенец белый у нас, на Урале. Его родина Кавказ, он и получил название «кавказский», хотя как заносное растение он иногда попадается в Прикарпатье и Калининградской области. А тут на тебе — всего в полусотне километров от Уфы я вижу его крупные цветки с синевато-розовыми лепестками, с характерными на них пурпурными жилками.

Не скажу, что мне он очень нужен, можно и без него обойтись, но всё-таки приятно иметь у себя неопалимую купину. Так прозвали ясенец за то, что если во время цветения кустарника близко поднести горящую спичку, то произойдёт моментальная вспышка, охватывающая пламенем его верхушку. Сам куст при этом не пострадает.

Ясенец не просто ядовит. При сборе свежих листьев и цветков приходится надевать перчатки, избегать прикасания к открытым участкам тела, иначе можно получить сильные ожоги и заработать дерматит, длящийся до полугода. Цветки не нюхать! (От поднесённой спички вспыхивают летучие эфирные масла, выделяемые не только цветами, но и железистыми волосками всего стебля.)

В народной медицине настой или настойки из ясенца пьют при гастритах с пониженной кислотностью, воспалении желчных путей, вызывающих желтуху, острых и хронических циститах, при почечно-каменной и мочекаменной болезнях, при истерии, меланхолии, эпилепсии, астенических состояниях, утомлении, плохом сне и как средство, тонизирующее весь организм. Водный экстракт наружно используют при радикулите, ревматизме, различных кожных болезнях и варикозном расширении вен. Семена используются при аменорее, заболеваниях женских половых органов. В китайской медицине применяют при лечении лепры — проказы.

Осенью я выкопал один небольшой кустик, чтобы настоять на водке его корень.

МИОМА, МАСТОПАТИЯ, ВОСПАЛЕНИЕ ПРИДАТКОВ, ЭРОЗИЯ ШЕЙКИ МАТКИ. Настаивается 50 г корня в 0,5 л водки в течение двух недель. Принимают в рюмке воды по 1 чайной ложке настойки 3 раза в день. После выпитого настоя перерыв на 3–4 недели, затем при необходимости курс повторить. В очень сложных случаях проводится 4 курса лечения.

БЕЛИ, ГРИБКОВЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ. 3 столовые ложки указанной настойки вливают в 0,5 л тёплой воды для спринцевания.

ИМПОТЕНЦИЯ. Напёрсток семян (около 40 штук) залить 0,5 л водки, настоять 2 недели. Пить по 1 столовой ложке 3 раза в день. Считается одним из лучших средств.

* * *

Ясенец противопоказан при беременности — действует абортивно.

Ясменник пахучий

Я люблю его белые весёлые звёздочки на опушке берёзовой рощи. При сборе легко срезаешь крупные четырёхгранные стебли с узкими, сидящими в мутовах, листьями. Душистый запах исходит от кумарина, которого немало в растении.

Удивительная особенность водится за ним: ясменнику пахучему приписывают свойство действовать на характер человека. Если человеку раздражительному, вспыльчивому или злобному дать выпить натощак стакан настоя растения, но при условии, чтобы он не знал, что это лекарство, то характер его быстро меняется в лучшую сторону.

Главное назначение ясменника — излечивать различные сердечные болезни и все виды водянки.

СЕРДЦЕБИЕНИЕ. Взять 10–15 сухих верхних листьев и цветков на 0,5 л слабой водки (разбавленной 2 частями воды), настоять 2 дня, пить 3 раза в день по столовой ложке. Во время лечения запрещается есть мясо, рыбу и следует совершенно избегать соли и солёных кушаний. Лечение продолжается 5 дней, перерыв на 10 дней. В это время съедать ежедневно по одной большой луковице в течение дня. После перерыва лечение продолжается ещё 10 дней. (Сам я такое лечение не испытывал и вряд ли возьмусь за него, хотя некоторые люди утверждают, что оно им очень помогло. Люди эти старше семидесяти лет.)

ВОДЯНКА. А вот к этому рецепту приходилось прибегать неоднократно при лечении онкологических больных. Надо взять 30 г сухой травы на 400 мл воды (это 3–4 столовые ложки травы). Настоять в холоде 2 дня, процедить, влить 50 мл водки. Принимать 5 раз в день по четверти стакана настоя. Если на другой день моча примет запах травы, то лечение будет удачным и быстрым. Если только в последующие дни, то продолжительным (бросать лечение не надо — другого выхода нет). Во время лечения не есть мясо, рыбу и все солёное.

НЕРВНЫЕ ПРИПАДКИ. 10 г (столовая ложка) свежей травы на 1 стакан кипятка, настоять до остывания. Принимать по 1 чайной ложке 3–4 раза в день.

ДИСМЕНОРЕЯ, ЗАБОЛЕВАНИЯ ПЕЧЕНИ И ЖЕЛТУХА, КИШЕЧНЫЕ КОЛИКИ, ВОДЯНКА, КАМНИ И ПЕСОК В МОЧЕВОМ ПУЗЫРЕ, ИСТЕРИЧЕСКИЕ ПРИПАДКИ. 2 чайные ложки травы залить 1 стаканом холодной воды, настоять 8 часов. Выпить за день.

* * *

Ясменник относится к ядовитым растениям. Иногда наблюдается аллергическая реакция на его препараты. Осторожно при лейкоцитозе. Ясменник противопоказан при беременности. Другие побочные явления не наблюдались.

Яснотка белая — глухая крапива

Название какое хорошее выбрали для растения — это и ясность, ничем не запятнанная (не какой-нибудь дурнишник или клопогон вонючий), и определение благородное — белое, цвет невинности и чистоты. А глянешь на саму траву — обыкновенная крапива Подзаборная. Разве что не жжётся, хотя листья точь-в-точь такие. Да из-под листьев миролюбиво выглядывают белые цветки. Может быть, именно эта безобидность и явная благожелательность подкупили ботаников при выборе названия?

Шутки шутками, а я с детства и до сих пор люблю прижать к щеке, на зависть крапиве, мягкий, ласковый листок яснотки белой. (Кстати, существуют и другие виды ясноток: пятнистая, бородатая, пурпурная, стеблеобъемлющая.)

У яснотки белой в лечебных целях используются сама трава или сок, но чаще всего цветки. Понятно, нешуточная работа собрать достаточное количество цветков, много их требуется, но необходимость заставит потрудиться ради здоровья.

Лекарства из яснотки белой принимают внутрь при заболеваниях мочевого пузыря (спазмах мочевого пузыря, миелитах, уретритах, циститах, нефритах), при бронхитах, пневмонии, заболеваниях селезёнки, малокровии (особенно в юношеском возрасте), болезненных менструациях, лёгочных, маточных, носовых и других кровотечениях, желтухе, малярии, бессоннице, при диатезах у детей, крапивнице, экземе, фурункулёзе, неврастении, неврозах, поносах, дизентерии.

Яснотка усиливает сокращение мускулатуры матки. Специалисты отмечают, что действие настойки травы более сильно выражено, чем настойки чистеца и препаратов спорыньи. Поэтому настойка из травы яснотки рекомендована для широкого применения в акушерско-гинекологической практике.

Очень полезна яснотка белая. Цветки применяют при болезнях дыхательных путей (благодаря сапонинам и слизи), а траву при лечении диспепсии и для улучшения аппетита.

Отвар травы употребляют также для лечения золотухи, фурункулёза и других гнойничковых заболеваний кожи, принимая в виде чая без особой дозировки.

Рецепты очень просты.

ДИАТЕЗ У ДЕТЕЙ. 2–3 столовые ложки травы заливают в термосе 0,5 л кипятка. Настаивают один-два часа. Принимают внутрь в зависимости от возраста ребёнка: младенцам по 1–2 чайные ложки 3–4 раза в день. Старше двух лет — по столовой ложке также 3–4 раза в день, а после пяти лет — от четверти до половины стакана. Для наружного применения — для обмываний или ванн — дозу удваивают.

ГЛОМЕРУЛОНЕФРИТ. Заваривать из расчёта 1 столовая ложка травы на стакан кипятка, настаивать 1–2 часа, процедить. Принимать по полстакана 3–4 раза в день, предпочтительно до еды.

ИНСУЛЬТ. 3 столовые ложки травы залить 1 литром кипятка, дать ещё покипеть на малом огне 10 минут, снять с огня. Ночь настоять. Пить по полстакана 3 раза за полчаса до еды.

НЕВРАСТЕНИЯ. Отжать из травы сок и принимать по 1 столовой ложке до еды 3–4 раза в день.

ПНЕВМОНИЯ, БРОНХИТ. 1 столовую ложку сухих цветков заварить стаканом кипятка, после остывания процедить. Принимать по полстакана 3–4 раза в день, лучше через 30–40 минут после еды.

* * *

Яснотка белая не относится к ядовитым травам и небольшая передозировка ничем серьёзным не грозит. Только надо учесть, что нежелательно долго принимать яснотку при повышенной свёртываемости крови, атонических запорах, при гипотонии — яснотка более подходит при гипертонии.

Яснотка белая противопоказана при беременности.

Бытовые яды^[3]

(часть книги, автор неизвестен)

∙ Название химического вещества, его синонимы и характеристика — НХВ

∙ Симптомы отравления — СО

∙ Неотложная помощь^[4] — НП

АДРЕНАЛИН

НХВ: Адреналин (эпинефрин, супраренин). Нейротропное и психотропное действие.

Смертельная доза 10 мг. Быстро инактивируется в желудочно-кишечном тракте.

При парентеральном введении — детоксикация в печени, выведение в виде метаболитов с мочой.

СО: Симптомы интоксикации появляются в течение первых 10 мин после введения препарата. Тошнота, рвота, бледность кожных покровов, цианоз, озноб, расширение зрачков, нечеткость зрения, тремор, судороги, затруднения дыхания, кома. Тахикардия и вначале значительное повышение АД. Затем возможно резкое его снижение, фибриляция желудочков. Иногда развивается психоз с галлюцинациями и чувством страха.

НП:

1. При приеме внутрь — промывание желудка. Форсированный диурез.

2. Фентоламин 5-10 мг внутривенно (1–2 мл 0,5 % раствора), аминазин 50-100 мг внутримышечно или внутривенно.

3. При тахикадрии — обзидан, индерал 1–2 мл 0,1 % раствора внутривенно повторно до получения клинического эффекта.

АКАЦИЯ БЕЛАЯ

НХВ: Ядовиты корни и кора, содержащие токсальбумин. Гастроэнтеротоксическое действие.

СО: Тошнота, рвота, тенезмы, боль в животе, понос. В тяжелых случаях кровавый стул, гематурия, острая сердечно-сосудистая недостаточность.

НП:

1. Промывание желудка, внутрь активированный уголь.

2. -

3. Внутривенное введение 5-10 % раствора глюкозы, 0,9 % раствора хлорида натрия, раствора электролитов, применяемого при форсированном диурезе. Сердечно-сосудистые средства, хлорид кальция, викасол.

АКОНИТ

НХВ: Аконит (борец, голубой лютик, иссык-кульский корень). Действующее начало — алкалоид аконитин. Нейротоксическое (курареподобное, ганглиоблокирующее), кардиотоксическое действие. Смертельная доза — около 1 гр растения, 5 мл настойки, 2 мг алкалоида аконита.

СО: Тошнота, рвота, онемение языка, губ, щек, кончиков пальцев рук и ног, чувство ползания мурашек, ощущение жара и холода в конечностях, преходящие нарушения зрения (видение предметов в зеленом свете), сухость во рту, жажда, головная боль, беспокойство, судорожные подергивания мышц лица, конечностей, потеря сознания. Дыхание учащенное, поверхностное, затрудненный вдох и выдох, может быть внезапная остановка дыхания. Снижение АД(особенно диастолического). В начальной стадии брадиаритмия, экстрасистолия, затем пароксимальная тахикардия, переходящая в фибрилляцию желудочков.

НП:

1. Промывание желудка, солевое слабительное, активированный уголь внутрь, форсированный диурез, детоксикационная гемосорбия.

2. -

3. Внутривенно 20–50 мл 1 % раствора новокаина, 500 мл 5 % глюкозы. Внутримышечно 10 мл 25 % раствора магния сульфата. При судорогах — диазепам (седуксен) 5-10 мг внутренне. При расстройствах сердечного ритма — внутривенно 10 мг 10 % раствора новокаинамида (при нормальном АД!) или 1–2 мл 0.1 раствора обзидана, 20 мл 40 % раствора глюкозы с 1 мл 0,06 % раствора коргликона. При брадикардии — 0,1 % раствор атропина подкожно. Внутримышечно кокарбоксилаза — 100 мг, 1 % раствор АТФ — 2 мл, 5 % раствор аскорбиновой кислоты — 5 мл, 5 % растворы витаминов B₁ — 4 мл, В₆ — 4 мл.

АЛКОГОЛЬ

НХВ: Алкоголь, спирт этиловый.

СО: — см. Спирт этиловый. Суррогаты Алкоголя.

АЛЬДЕГИДЫ

НХВ: Формальдегид, ацетальдегид, паральдегид, метальдегид. Психотропное (наркотическое), нейротоксическое (судорожное) местно-раздражающее, гепатоксическое действие. Всасываются через слизистые оболочки дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. Выводятся легкими и с мочой в виде нетоксичных метаболитов.

СО: См. Формалин. При приеме внутрь — саливация, тошнота, рвота, боль в животе, озноб, сонливость, тремор, тонические судороги, кома, угнетение дыхания. Желтуха, увеличение и болезненность печени при пальпации. При вдыхании паров — сильное раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей, резкий кашель, удушье, нарушение сознания, в тяжелых случаях кома.

НП:

1. Промывание желудка с добавлением гидрокарбоната натрия.

2. Форсированный диурез.

3. См. Формалин. При судорогах — диазепам 10 мг внутривенно.

АМИДОПИРИН

НХВ: Амидопирин (пирамидон). Нейротоксическое (судорожное), психотропическое действие. Смертельная доза 10–15 гр. Быстро всасывается из желудочно-кишечного тракта, 15 % связывается с белками плазмы. Метаболизм в печени, выделение преимущественно с мочой.

СО: При легких отравлениях шум в ушах, тошнота, рвота, общая слабость, снижение температуры, одышка, сердцебиение. При тяжелых отравлениях — судороги, сонливость, бред, потеря сознания и коматозное состояние с расширением зрачков, цианозом, гипотермией, снижением артериального давления. Возможно развитие периферических отеков, острого агранулоцитоза, желудочных кровотечений, геморрагической сыпи.

НП:

1. Промывание желудочка через зонд. Солевое слабительное внутрь. Форсированный диурез, ощелачивание крови (гидрокарбонат натрия 10–15 г внутрь). Детоксикационная гемосорбия.

2. Раствор витамина Bi 6 % — 2 мл внутримышечно. Сердечно-сосудистые средства. При судорогах диазепам 10 мг внутривенно.

3. -

АМИНАЗИН

НХВ: Аминазин (плегомазин, ларгактил, хлорпромазин). Психотропное, нейротоксическое действие (ганглиолитическое, адренолитическое). Токсическая доза более 500 мл. Смертельная доза 5-10 г. Токсическая концентрация в крови 1–2 мг/л, смертельная 3-12 мг/л. Детоксикация в печени, выделение через кишечники с мочой — не более 8 % принятой дозы в течение 3 суток.

СО: Резкая слабость, головокружение, сухость во рту, тошнота. Возможно появление судорог, потеря сознания. Коматозное состояние неглубокое, сухожильные рефлексы повышены, зрачки сужены. Учащение пульса, снижение артериального давления без цианоза. Кожные аллергические реакции. По выходе из комы возможны явления паркинсонизма. При разжевывании драже аминазина возникает гиперемия и отек слизистой оболочки рта, у детей — выражающее действие на слизистую оболочку пищеварительного тракта.

НП:

1. Промывание желудка, солевое слабительное. Форсированный диурез без ощелачивания плазмы.

2. -

3. При гипотонии: 10 % раствор кофеина — 1–3 мл или 5 % раствор эфедрина — 2 мл подкожно, раствор витамина B₁ 6 % — 4 мл внутримышечно. При синдроме паркинсонизма: циклодол по 10–20 мг/сут внутрь. Лечение острой сердечно-сосудистой недостаточности.

АМИТРИПТИЛИН

НХВ: Амитриптилин (триптизол), имизин (мелипрамин, имипрамин, тофранил) и другие трициклические натидепрепрессанты. Психотропное, нейротоксическое (антихолинергическое, антигистаминное), кардиотоксическое действие. Токсическая доза 500 мг, смертельная 1200 мг. Быстрое всасывание из желудочно-кишечного тракта. Связывается с белками плазмы, частичный метаболизм в печени, выделение мочой в течение 24 ч — 4 суток.

СО: В легких случаях сухость во рту, нарушение зрения, психомоторное возбуждение, ослабление перистальтики кишечника, задержка мочи. Мышечные подергивания и гиперкинезы. При тяжелых отравлениях — спутанность сознания вплоть до глубокой комы, приступы колонико-тонических судорог по типу эпилептиформных. Расстройства сердечной деятельности: бради — и тахиаритмии, внутрисердечная блокада, фибрилляция желудочков. Острая сердечно-сосудистая недостаточность (коллапс). Возможно развитие токсической гепатопатии, гипергликемии, пареза кишечника.

НП:

1. Повторное промывание желудка, форсированный диурез.

2. -

3. При тахиаритмии — 0,05 % прозерина — 1 мл внутримышечно или 0,1 % раствор физиостигмина — 1 мл подкожно, повторно через час до частоты пульса 60–70 в 1 мин, лидокаин — 100 мг, 0, 1 % раствор индерала 1–5 мл внутривенно. При брадиатермии — 0,1 % раствор атропина подкожно или внутривенно повторно через час. При судорогах и возбуждении — 5-10 мг диазепама внутривенно или внутримышечно. Раствор гидрокарбоната натрия 4 % — 400 мл внутривенно.

АММИАК

СО: см. Щелочи едкие.

АНАЛЬГИН

СО: см. Амидопирин

АНЕСТЕЗИН

НХВ: Анестезин (бензокаин, этиламинобензоат). Гемотоксическое (метгемоглобинобразющее) действие. Смертельная доза 10–15 г. Быстро всасывается через желудочно-кишечный тракт, метаболизм в печени, выводится почками.

СО: При приеме внутрь токсической дозы — выраженный цианоз губ, ушей, лица, конечностей, вследствие острой метгемоглобинемии. Психомоторное возбуждение. При метглобинемии свыше 50 % общего содержания гемоглобина возможно развитие коматозного состояния, гемолиза, экзотоксического шока. Высокая опасность анафилаксических реакций, особенно у детей.

НП:

1. Промывание желудка через зонд, форсированны диурез с ощелачиванием крови (гидрокарбонат натрия 10–15 г внутрь).

2. Метиленовый синий 1 % раствор по 1–2 мл на 1 кг массы тела с 250–300 мл, 5 % раствора глюкозы внутривенно, 5 % раствор аскорбиновой кислоты — 10 мл внутривенно.

3. Оксигенотерапия, гипербарическая оксигенация.

АНДАКСИН

НХВ: Андаксин (мепротан, мепробамат). Психотропное нейротоксическое (центральная миорелаксация), антипиретическое действие. Смертельная доза около 15 г. Токсическая концентрация в крови 100 мг/л, смертельная 200 мг/л. Быстро всасывается из желудочно-кишечного тракта, выводится с мочой в течение 2–3 суток.

СО: Сонливость, мышечная слабость, снижение температуры тела. В тяжелых случаях — кома, расширение зрачков, снижение АД, нарушение дыхания. См. также барбитураты.

НП:

1. Промывание желудка, солевое слабительное. Форсированный диурез без ощелачивания плазмы. При развитии коматозного состояния — перитонеальный диализ, гемодиализ, детоксикационная гемосорбция. При тяжелых нарушениях дыхания — искусственная вентиляция легких.

2. -

3. -

АНИЛИН

НХВ: Анилин (амидобензол, фениламин). Психотропное, нейротоксическое, гемотоксическое (метгемоглобинобразующее, вторичный гемолиз), гепатотоксическое действие. Смертельная доза при приеме внутрь 1 г. При содержании метгемоглобина от общего гемоглобина 20–30 % появляются симптомы интоксикации, 60–80 % смертельная концентрация. Поступление через дыхательные пути, пищеварительный тракт, кожные покровы. Большая часть метаболизируется с образованием промежуточных продуктов, вызывающих метгемоглобинобразование. Депонируется в жировой ткани, возможны рецидивы интоксикации. Выделяется через легкие, почки (парааминофенол).

СО: Синюшная окраска слизистых оболочек губ, ушей, ногтей, вследствие острой метгемоглобинемии. Резкая слабость, головокружение, головная боль, эйфория с двигательным возбуждением, рвота, одышка. Пульс частый, печень увеличена и болезненна. При тяжелых отравлениях быстро наступает нарушение сознания и коматозное состояние, зрачки сужены, без реакции на свет, слюнотечение и бронхорея, гемическая гипоксия. Опасность развития паралича дыхательного центра и экзотоксического шока. На 2-3-и сутки заболевания возможны рецидивы метгемоглобинемии, клонико-тонические судороги, токсическая анемия, паренхиматозная желтуха, острая печеночно-почечная недостаточность.

НП:

1. При попадании на кожу — обмывание раствором 1:1000 калия перманганата. При приеме внутрь — обильное промывание желудка, введение 150 мл вазелинового масла через зонд. Форсированный диурез, гемосорбация, гемодиализ.

2. Лечение метгемоглобинемии: 1 % раствор метиленового синего по 1–2 мл на 1 кг массы тела с 5 % раствором глюкозы, 200–300 мл внутривенно повторно. Раствор аскорбиновой кислоты 5 % до 60 мл в сутки внутривенно. Витамин В₁₂ 600 мкг внутримышечно. Тиосульфат натрия 30 % раствор — 100 мл внутривенно.

3. Лечение экзотоксического шока, острой печеночно-почечной недостаточности. Оксигенотерапия, гипербарическая оксигеноция.

АНТАБУС

НХВ: Антабус (тетурам, дисульфирам). Психотропное, гепатотоксическое действие. Смертельная доза: без алкоголя в крови около 30 г, при концентрации алкоголя в крови более 1 % — 1 г. Медленно всасывается из желудочно-кишечного тракта, выведение медленное с мочой (в неизменной форме). Приводит к накоплению в организме ацетальдегида — основного метаболита этилового алкоголя.

СО: После курса лечения антабусом прием алкоголя вызывает резкую вегето-сосудистую реакцию — гиперемию кожных покровов, чувство жара в лице, затруднение дыхания, сердцебиение, чувство страха смерти, озноб. Постепенно реакция заканчивается и через 1–2 часа наступает сон. После приема больших доз алкоголя может развиваться тяжелая реакция — резкая бледность кожных покровов, цианоз, повторная рвота, учащение пульса, падение артериального давления, признаки ишемии миокарда.

НП:

1. При приеме токсической дозы — промывание желудка,форсированный диурез.

2. -

3. Уложить больного в горизонтальном положении. Внутривенное влияние 40 % раствора глюкозы — 40 мл с 5 % раствора аскорбиновой кислоты — 10 мл. Гидрокарбонат натрия 4 % раствор 200 мл — внутривенно капельно. Витамин Bi 5 % раствор — 2 мл внутримышечно. Лазикс — 40 мг внутривенно. Сердечно-сосудистые.

АНТИБИОТИКИ

НХВ: Антибиотики (стрептомицин, мономицин, канамицин). Нейротоксическое отоксическое действие.

СО: Одновременно прием внутрь сверхвысокой дозы антибиотиков (свыше 10 г) может вызвать глухоту вследствие поражения слухового нерва (стрептомицин) или олигурию вследствие почечной недостаточности (канамицин, мономицин).

Указанные осложнения развиваются, как правило, при заметном снижении диурезана, на фоне различных инфекций, при меньшой суточной дозе препарата, но более длительном его использовании. При повышенной чувствительности к антибиотикам, при применении обычных лечебных доз, может развиваться анафилактический шок.

НП:

1. При снижении слуха: 1-3-и сутки после отравления показан гемодиализ или форсированный диурез.

2. При олигурии: в первые сутки форсированный диурез. Лечение острой почечной недостаточности.

АНТИКОАГУЛЯНТЫ (прямого действия)

НХВ: Антикоагулянты прямого действия — гепарин.

СО: При введении в вену действие немедленное, в мышцу или под кожу — через 45–60 мин.

АНТИКОАГУЛЯНТЫ (непрямого действия)

НХВ: Антикоагулянты непрямого действия — дикумарин (дикумарол), неодикумарин (пелентан), синкумар, фенилин и др. Гемотоксическое действие (гипокоагуляция крови).

СО: Быстро всасывается из желудочно-кишечного тракта, действие проявляется через 12–72 ч. Выделяются с мочой. Кровотечения носовые, маточные, желудочные, кишечные. Гематурия. Кровоизлияние в кожу, мышцы, склеры, геморрагическая анемия. Резкое увеличение времени свертывания крови (гепарин) или падение протомбинового индекса (прочие препараты)

НП:

1. В тяжелых случаях — операция замещения крови, форсированный диурез.

2. Викасол — 5 мл 1 % раствора внутривенно под контролем содержания промтромбина. Хлорид кальция — 10 мл 10 % раствора внутривенно. При передозировке гепарина — 5 мл 1 % раствора протамина сульфата внутривенно, при необходимости повторно (по 1 мл на каждые 100 ЕД введенного гепарина)

3. Аминокапроновая кислота 5 % раствор — 250 мл внутривенно. Антигемофильная плазма — 500 мл внутривенно. Переливание крови по 250 мл повторно. Сердечно-сосудистые средства — по показанием.

АНТИФРИЗ

НХВ:???

СО: См. Этиленгликоль.

НП: См. Этиленгликоль.

АРСЕНИТЫ

НХВ: Арсениты: арсенит натрия, кальция, двойная соль уксусной и метамышьяковистой меди (швейнфуртская или парижская зелень. См. Мышьяк.

СО: См. Мышьяк.

НП: См. Мышьяк.

АСПИРИН

НХВ: Аспирин (ацетилсалициловая кислота). Входит также в состав препаратов: аскофен, асфен, цитрамон, натрия салицилат. Психотропное, гемотоксическое (антикоагулянтное) действие. Смертельная доза около 30–40 г, для детей 10 г. Токсическая концентрация в крови 150–300 мг/л, смертельная 500 мг/л. Быстро всасывается в желудке и тонком кишечнике. Деацетилируется в плазме крови, выводится мочой 80 % в течение 24–28 ч.

СО: Возбуждение, эйфория. Головокружение, шум в ушах, ослабление слуха, расстройство зрения. Дыхание шумное, учащенное. Бред, супарозное состояние, кома. Иногда подкожные геморрагии, носовые, желудочно-кишечные, маточные кровотечения. Возможно развитие метгемоглобинемии, токсической нефропатии. Метаболический ацитоз, периферические отеки.

НП:

1. Промывание желудка, вазелиновое масло 50 мл внутрь. Форсированный диурез, ощелачивание крови. Ранний гемодиализ, гемосорбция.

2. -

3. При кровотечениях — 1 мл 1 % раствора викасола, 10 мл 10 % раствора хлорида кальция внутривенно. При возбуждении — 2 мл 2,5 % раствора аминазина подкожно или внутримышечно. При метгемоглобинемии — см. Анилин.

АТРОПИН

НХВ: Атропин (содержится также в беллалдонне, белене, дурмане). Психотропное, нейротоксическое (антихолинолитическое) действие. Смертельная доза для взрослых 100 мг, для детей (до 10 лет) — около 10 мг. Быстро всасывается через слизистые оболочки и кожные покровы, гидролизируется в печени. Выводится с мочой около 13 % в неизменном виде в течение 14 ч.

СО: Сухость во рту и глотке, расстройство речи и глотания, нарушение ближнего видения, диплопия, светобоязнь, сердцебиение, одышка, головная боль. Кожа красная, сухая, пульс частый, зрачки расширены, на свет не реагируют. Психическое и двигательное возбуждение, зрительные галлюцинации, бред, эпилептиформные судороги с последующей потерей сознания, развитием коматозного состояния, особенно у детей.

НП:

1. При приеме внутрь — промывание желудка через зонд, обильно смазанный вазелиновым маслом, форсированный диурез.

2. В коматозном состоянии при отсутствии резкого возбуждения — 1 мл 1 % раствора пилокарпина повторно, прозерина 1 мл 0,05 % раствора или 1 мл 0,1 % раствора эзерина подкожно повторно.

3. При возбуждении 2,5 % раствор аминазина — 2 мл внутримышечно, 1 % раствор димедрола — 2 мл внутримышечно, 1 % раствор промедола 2 мл подкожно, 5-10 мг диазепам внутривенно. При резкой гипертермии — 4 % раствор амидопирина — 10–20 мл внутримышечно, пузыри со льдом на голову и паховые области, обертывание влажной простыней и обдувание вентилятором.

АЦЕТОН

НХВ: Ацетон (диметилкетон, пропанол). Психотропное (наркотическое) нефротоксическое, местное раздражающее действие. Смертельная доза более 100 мл. Токсическая концентрация в крови 200–300 мг/л, смертельная — 550 мг/л. Быстро адсорбируется слизистыми оболочками, выводятся через легкие, с мочой.

СО: При попадании внутрь и вдыхании паров состояние опьянения, головокружение, слабость, шаткая походка, тошнота, рвота, боль в животе, коллапс, коматозное состояние. Возможно снижение диуреза, появление белка и эритроцитов в моче. При выходе из коматозного состояния часто развивается пневмония.

НП:

1. При приеме внутрь — промывание желудка, при ингаляционном отравлении — промывание глаз водой, ингаляция кислорода. Форсированный диурез с ощелачиванием крови (гидрокарбонат натрия 10–15 г внутрь).

2. -

3. Лечение острой сердечно-сосудистой недостаточности (токсический шок), пневмонии. При боли в животе подкожно 2 % раствор папаверина — 2 мл, 0,2 % раствор платифллина — 1 мл, 0,1 раствор атропина — 1 мл.

БАБИТУРАТЫ

НХВ: Барбитураты длительного действия (8-12 ч) — фенобарбитал (люминал), среднего действия (6–8 ч) — барбитал (веронал), барбитал натрий (мединал), амитал натрий (барбамил), короткого действия (4–6 ч) — этаминал натрий (нембутал). Препараты содержащие барбитураты: тардил, белласпон, порошки Серейского, веродон, бромитал, андипал, дипасалин, камфотал, тепафилин и др. Психотропное (наркотическое, снотворное) действие. Смертельная доза — около 10 лечебных доз с большими индивидуальными различиями. Всасывание в желудке и тонком кишечнике, иногда у больных в бессознательном состоянии препараты в неизменном виде обнаруживаются в желудке на 2–3 сутки после приема. Барбитураты короткого действия почти полностью (90 %) метаболизируются в печени, 50–60 % связываются с белками. Барбитураты длительного действия связываются с белками (8-10 %), 90–95 % не метаболизируются, выделяются с мочой.

СО: Наблюдается 4 клинические стадии интоксикации.

Стадия 1 — засыпания: сонливость, апатичность, контакт с больным возможен, умеренный миоз с живой реакцией на свет, брадикардия при поверхностном сне, гиперсаливация.

Стадия 2 — поверхностной комы (а — не осложненной, б — осложненной): полная потеря сознания, сохраненная реакция на болевое раздражение, ослабление зрачковых и корнеальных рефлексов. Непостоянная неврологическая симптоматика: снижение или повышение рефлексов, мышечная гипотония или гипертония, патологические рефлексы Бабинского, Россолимо, носящие переходящий характер. Нарушение дыхание вследствие гиперсаливации, бронхореи, западении языка, аспирации рвотных масс. Выраженных нарушений гемодинамики нет.

Стадия 3 — глубокой комы (а — не осложненной, б — осложненной): резкое отсутствие или снижение глазных и сухожильных рефлексов, отсутствие реакции на болевое раздражение. Зрачки узкие. Дыхание редкое, поверхностное, пульс слабый, цианоз. Диурез уменьшен. В случае продолжительной комы (12 ч) возможно развитие бронхопневмании, коллапса, глубоких пролежней и септических осложнений. Нарушение функции печени и почек.

Стадия 4 — посткоматозный период: непостоянная неврологическая симптоматика (проз, шаткая походка и пр.), эмоциональная лабильность, депрессия, тромбоэмболические осложнения.

НП:

1. Промывание желудка (у больных в коматозном состоянии — после предварительной интубации) повторно через 3–4 дня до восстановления сознания, водно-щелочная нагрузка, форсированный диурез в сочетании с ощелачиванием крови. Во IIб, III стадии — раннее применение гемодиалеза при отравление барбитуратами длительного действия, детоксикационой гемосорбции, при отравлении барбитуратами короткого действия или при смешанных отравлениях. В IV стадии — водноэлекролитная нагрузка, диуретики.

2. 2. В стадии осложненной комы применение бемегрида противопоказано. Вводят 20 % раствор камфоры, кофеина 10 % раствор, эфедрина 5 % раствор, кардиамин по 2–3 мл подкожно через 3-4ч.

3. 3. Интенсивная инфузионная терапия. Плазмозаменители (полиглюкин, гемодез). Антибиотики. Внутримышечно: витамины Bi и В₆ 5 % растворы — 6–8 мл, В₁₂ — 500 мкг (витамины группы В не вводить одновременно), аскорбиновая кислота 5 % раствор — 5-10 мл, АТФ 1 % раствор — 6 мл за сутки. При низком АД — 0,2 % норадреналина в сочетании с 0,5 % раствором допамина по 1 мл внутривенно капельно в 400 мл полиглюкина. Сердечные гликозиты.

БАРИЙ

НХВ: Барий. Нейротоксическое (паралитическое), кардиотосическое действие. Токсичны все растворимые соли бария, практически нетоксичен нерастворимый сульфат бария, применяемый в рентгенологии. Смертельная доза около 1 г. Растворимые соли бария быстро всасываются в тонком кишечнике, выводятся преимущественно через почки.

СО: Жжение во рту и пищеводе, боль в животе, тошнота, рвота, профузный понос, головокружение, обильный пот. Кожные покровы бледные. Пульс замедлен, слабый. Эктрасистолия, бигеминия, мерцание предсердий, артериальная гипертония с последующим падением АД. Одышка, цианоз. Через 2–3 ч после отравления — нарастающая мышечная слабость, особенно мышц верхних конечностей и шеи. Возможны гемолиз, ослабление зрения и слуха, клонико-тонические судороги при сохраненном сознании.

НП:

1. -

2. Промывание желудка через зонд 1 % раствором сульфата натрия или магния для образования нерастворимого сульфата бария, сульфат магния или бария 30 г внутрь (100 мл 30 % раствора). Форсированный диурез, гемодиализ. Внутривенно 10–20 мл 10 % раствора сульфата натрия или магния. Тетацин — кальций — 20 мл 10 % раствора с 500 мл 5 % раствора глюкозы внутривенно.

3. Промедол — 1 мл 2 % раствора. Атропин — 1 мл 0,1 % раствора внутривенно с 300 мл 5 % раствора глюкозы. При нарушениях ритма — хлорид калия 2,5 г в 500 мл 5 % раствора глюкозы внутривенно капельно, при необходимости повторно. Сердечно-сосудистые средства. Витамины B₁ и В₆ внутримышечно (не одновременно). Оксигенотерапия. Лечение токсического шока. Противопоказаны сердечные гликозиды.

БЕЛЕНА

См. Атропин.

БЕЛЛАДОННА

См. Атропин.

БЕЛЛООИД, БЕЛЛАСПОН

НХВ: Психотропное (наркотическое) и нейротоксическое (холинолитическое) действие.

В состав препаратов входят барбитураты, эрготамин, атропин. Смертельная доза — более 50 таблеток.

СО: Раньше всего проявляются симптомы отравления атропином (см. Атропин) с последующим развитием тяжелого коматозного состояния, сходного с барбитуратовой комой (см. барбитураты), при выраженной сухости кожных покровов и слизистых оболочек, расширение зрачков, и гиперемии кожи, гипертермии. Отравления особенно опасны у детей.

НП:

1. Промывание желудка. Форсированный диурез, при тяжелых отравлениях — детоксикационная гемосорбция.

2. -

3. При возбуждении — см. Атропин. При развитии комы — см. Барбитураты.

БЕНЗИН

НХВ: Бензин. Психотропное (наркотическое), гепатотоксическое, нефротоксическое, пневмотоксическое действие. Особенно опасен этилированный бензин, содержащий тетраэтилсвинец. Быстро всасывается в легких и желудочно-кишечном тракте. Выводится преимущественно через легкие.

СО: При вдыхании паров — головокружение, головная боль, чувство опьянения, возбуждение, тошнота, рвота. В тяжелых случаях — нарушение дыхания, потеря сознания, судороги, запах бензина изо рта. При заглатывании — боль в животе, рвота, увеличение и болезненность печени, желтуха, токсическая гепатопатия, нефропатия. При аспирации — боль в груди, кровянистая мокрота, цианоз, одышка, лихорадка, резкая слабость (бензинная токсическая пневмония). Отравление особенно тяжело протекает у детей. Возможны хронические ингаляционные интоксикации.

НП:

1. Удаление пострадавшего из помещения, насыщенного парами бензина. При попадании бензина внутрь — промывание желудка через зонд 200 мл. вазелинового масла или активированного угля.

2. -

3. При вдыхании паров или аспирации — ингаляции кислорода, антибиотики (10000000 ЕД пенициллина и 1 г стрептомицина внутримышечно), банки, горчичники. Подкожно камфара — 2 мл 20 % раствора, кордиамин — 2 мл, кофеин — 2 мл 10 % раствора. Внутривенно 30–50 мл 40 % раствора глюкозы с коргликоном (0.06 % раствор — 1 мл) или строфантином (0.05 % раствор — 0.5 мл). При боли — 1 мл 1 % раствора промедола, 1 мл раствора 1 % атропина подкожно. В коматозном состоянии при нарушении дыхания — интубация и искусственное дыхание, кислород.

БЕНЗОДИАЗЕПИНЫ

НХВ: Бензодиазепины — элениум (хлордиазепоксид, напотом, либриум), диазепам (седуксен, валиум), оксазепам (тазепам), нитразепам (эуноктин, радедорм). Психотропное, нейротоксическое действие. Смертельная доза — 1–2 г (большие индивидуальные различия). Всасывается в желудке и тонком кишечнике, связывается с белками плазмы, детоксикация в печени, выведение с мочой и калом.

СО: См. Барбитураты.

БЕНЗОЛ

НХВ: Бензол. Психотропное (наркотическое), гемотоксическое, гепатотоксическое действие. Смертельная доза 10–20 мл. Смертельная концентрация в крови 0.9 мг/л. Быстро всасывается в легких, желудочно-кишечном тракте. 15–30 % окисляется и выводится почками в виде метаболитов, оставшаяся часть в неизменном виде выводится через легкие и с мочой. Возможно депанирование в эритроцитах, в железистых органах, мышцах, жировой клетчатке.

СО: При вдыхании паров бензола — возбуждение подобное алкогольному, клонико-тонические судороги, бледность лица, слизистые оболочки красного цвета, зрачки расширены. Одышка с нарушением ритма дыхания. Пульс учащенный, нередко аритмичный, снижение артериального давления. Возможны кровотечения износа и десен, кровоизлияние в кожу, маточное кровотечение. При приеме бензола внутрь — жжение во рту, за грудиной, в эпигастральной области, рвота, боль в животе, головокружение, головная боль, возбуждение, сменяющееся угнетением, кома, увеличение печени, желтуха (токсическая гепатопатия). Возможны хронические ингаляционные интоксикации.

НП:

1. Удаление пострадавшего из опасной зоны. При поступлении яда внутрь — промывание желудка через зонд, вазелиновое масло внутрь — 200 мл. Форсирований диурез, операция замещения крови.

2. 30 % раствор тиосульфата натрия — 200 мл внутривенно.

3. Внутримышечно витамины B₁ и В₆ — до 1000 мкг/сут (витамины группы В одновременно не вводить). Сердечно-сосудистые средства. Аскорбиновая кислота — 10–20 мл 5 % раствора с 5%раствором глюкозы внутривенно.

Ингаляция кислорода. При кровотечении — 1 % раствор викасола внутримышечно до 5 мл.

БОРНАЯ КИСЛОТА

НХВ: Борная кислота (боракс), бура, натрия борат. Местное раздражающее, слабое цитотоксическое, судорожное действие. Смертельная доза для взрослых — 10–20 г. Токсическая концентрация в крови 40 мг/л, смертельная 50 мг/л. Всасывается через желудочно-кишечный тракт, поврежденные кожные покровы. Выводятся почками в неизменном виде и через кишечник в течение недели. Депонируется в костной ткани, печени.

СО: Симптомы интоксикации развиваются через 1-48 ч после приема. Боль в животе, рвота, диарея, общая слабость головная боль. Дегидрация организма, потеря сознания, генерализованные подергивания мышц лица, конечностей, судороги. Сердечно-сосудистая недостаточность. Возможно поражение печени и почек. Особенно тяжело протекают отравления у детей.

НП:

1. Промывание желудка через зонд. Форсированный диурез. Гемодиализ при тяжелых отравлениях.

2. -

3. В мышцу рибофлавин-мононуклеотид 10 г в сутки. Коррекция водноэлектролитного баланса и ацитоза: вливание раствора гидрокарбоната натрия, плазмозамещающих растворов, глюкозы, хлорида натрия. При болях в животе — 0.1 % раствора атропина — 1 мл, 0.2 % раствор платифилина — 1 мл, 1 % раствор промедола — 1 мл подкожно. Новокаин 2 % раствор — 50 мл с глюкозой — 5 % раствор — 500 мл внутривенно. Сердечно-сосудистые средства.

ВЕХ ЯДОВИТЫЙ

НХВ: Вех ядовитый (цикута, болиголов водяной, омег водяной). Наиболее ядовиты корневища растения, особенно поздней осенью и ранней весной. Содержат цикототоксин. Нейротоксическое (холинолитическое, судорожное) действие. Смертельная доза около 50 мг растения на 1 кг массы тела.

СО: Быстро всасывается из желудочно-кишечного тракта. Начальные симптомы отравления появляются через 1,5–2 ч, иногда через 20–30 мин. Саливация, тошнота, рвота, боль в животе, расширение зрачков, тахикардия, клонико-тонические судороги, угнетение дыхания. Потеря сознания, коллапс. Наиболее часто отравления развиваются у детей, которые обычно поедают корневища, принимая их за морковь.

НП:

1. Промывание желудка через зонд, солевое слабительное, активированный уголь внутрь, гемосорбция.

2. -

3. Внутримышечно 25 % раствор сульфата магния — 10 мл. При судорогах — диазепам 5-10 мг внутривенно. Искусственное аппаратное дыхание. При расстройстве сердечного ритма — 10 мл 10 % раствора новокаинамида внутривенно.

ВОДОРОД МЫШЬЯКОВИСТЫЙ

НХВ: Водород мышьяковистый (арсин) — бесцветный газ с запахом чеснока. Нейротоксическое, гемотоксическое (гемолитическое), гепатотоксическое действие. Смертельная концентрация в воздухе 0.05 мг/л при экспозиции 1 ч, при концентрации 5 мг/л несколько вдохов приводят к смерти.

СО: При отравлении невысокими дозами развитию отравления предшествует латентный период около 6 ч, при тяжелых интоксикациях латентный период менее 3 ч. Общая слабость, тошнота, рвота, озноб, беспокойство, головная боль, парастезия в конечностях, удушье. Через 8-12 ч — гемоглобинурия (красная или бурая моча), цианоз, возможны судороги, нарушение сознания. На 2-Зи сутки — токсическая гепатотопатия, нефропатия, гемолитическая анемия.

НП:

1. Ранний гемодиализ. Операция замещения крови.

2. Мекаптида 40 % раствор — 1–2 мл каждые 4 ч с 0,25 % раствора новокаина внутримышечно в первые 2 суток, потом 2 раза в день до 5-6х суток, после чего — унитиола 5 % раствор 5 мл 3–4 раза в сутки. При гемоглубинурии — глюкозо-новокаиновая смесь внутривенно(глюкозы 5 % раствор — 500 мл, новокаина 2 % раствор — 50 мл), гипертонические 20–30 % растворы глюкозы — 200–300 мл, эуфиллина 2,4 % раствор — 10 мл, гидрокарбоната натрия 4 % раствор — 100 мл внутривенно. Форсированнцй диурез. Сердечно-сосудистые средства.

ВИТАМИН D₂

НХВ: Витамин D₂ (эргокальциферол, кальциферол). Нарушение обмена кальция и фосфора в организме, цитотоксическое (мембранное), нефротоксическое действие. Токсическая доза при однократном приеме 1000000 ИЕ — 25 мг (20 мл масляного раствора, 5 мл спиртового раствора). Витамин D метаболизируется в печени и почках с образованием активных метаболитов, обуславливающих токсичность препарата. Кумулируется в организме.

СО: Интоксикация может развиться в результате однократного приема большой дозы препарата или при повторном употреблении в пищу (иногда вместо подсолнечного масла). У детей — в результате превышения курсовых профилактических и лечебных доз. Тошнота, повторная рвота, обезвоживание, гипотрофия, вялость, повышение температуры тела, общая адинамия, мышечная гипотония, сонливость, сменяющаяся резким беспокойством, клонико-тоническими судорогами. Повышение АД, приглушение тонов сердца, иногда нарушение ритма и проводимости. Гематурия, лейкоцитурия, протеинурия, азотемия, острая сердечная недостаточность. Гиперкальциемия (содержание кальция в сыворотке крови до 20 мг % и более), гиперхолестеринемия, гиперфосфатемия, гиперпротеинемия. При рентгеноскопии трупчатых костей выявляется остепороз диафизарной части. Возможны метастатическая кальцификация почек, миокарда, клапанов сердца, сосудистой стенки.

НП:

1. При высокой дозе — гемодиализ, детоксикационная гемосорбция.

2. -

3. Гидрокотизон — 250 мг/сут или преднизолон — 60 мг/сут внутримышечно. Тирокальцитонии — 5Д 2–3 раза в день, витамины А (масляный раствор) по 3000 -50000 ME 2 раза в сутки внутримышечно. Токоферола (витамина Е) 30 % раствор — 2 мл внутримышечно 2 раза в сутки. Сердечно-сосудистые средства. При повышение АД — 1 % раствор дибазола по 2–4 мл внутримышечно. Кальций-динатриевая соль ЭЛТА по 2–4 г на 500 мл 5 % раствора глюкозы капельно внутривенно. Глюкоза с инсулином — 8Д, изотонический раствор хлорида натрия 40 % — 20 мл, плазма и плазмозамещающие растворы.

ГЛИКОЗИДЫ СЕРДЕЧНЫЕ

НХВ: Гликозиды сердечные: препараты разных видов наперстянки (действующее начало — гликозиды дитоксин, дигоксин), горицвета, ландыша, желтушника, строфанта, морозника, морского лука и др. Кардиотоксическое действие. Быстро всасывается в желудочно-кишечном тракте, при внутривенном введении выводятся медленно с мочой.

СО: Диспепсические расстройства (тошнота, рвота). Брадикардия, желудочковые и предсердце экстрасистолы, нарушения проводимости, различные виды тахикардии, мерцание и фибрилляция желудочков. Падение артериального давления, цианоз, судороги, нарушение зрения, психические нарушения потеря сознания.

НП:

1. Промывание желудка, солевое слабительное, активированный уголь внутрь. Детоксикационная гемосорбция.

2. Атропина 0,1 % раствор — 1 мл подкожно при брадикардии. Внутривенно капельное введение хлорида калия (только при гипокалиемии!) — 0,5 % раствора 500 мл. Унитиола 5 % раствор по 5 мл внутримышечно 4 раза в сутки. При аритмиях: 0,1 % раствор атропина — 1–2 мл внутривенно, лидокаин — по 100 мл каждые 3–5 мин внутривенно капельно (до устранения аритмии), дифенин — 10–12 мг/кг в течение 12–24 ч внутривенно капельно.

ГРАНОЗАН

НХВ: Гранозан (2 % этилмеркурхлорид). Энтеротоксическое, гепатотоксическое действие.

СО: Отравления развиваются при употреблении обработанных гранозаном семечек подсолнуха, гороха, муки из протравленных семян, фруктов с несвоевременно обработанных деревьев. Симптомы отравления развиваются постепенно — через 1–3 недели после употребления в пищу зараженных продуктов. Потеря аппетита, неприятный вкус и сухость во рту, жажда, вялость, бессонница, головная боль. Затем появляются тошнота, рвота, боль в животе, понос, заторможенность, адинамия, галлюцинации, иногда парезы конечностей. Возможны нарушения зрения, анизокария, косоглазие, птоз (поражение черепных нервов), тремор, эпилептический синдром, рвота, понос с кровью. Появляются симптомы токсической нефрорпатии, токсической гепатопатии (увеличение и болезненность печени, желтуха).

НП:

1. См. Сулема.

2. См. Сулема.

3. Витамины B₁ и В₁₂. Прозерин — 0.05 % раствор по 1 мл подкожно.

ГРИБЫ ЯДОВИТЫЕ

НХВ: Грибы ядовитые.

1. Бледная поганка — содержит токсичные алкалоиды фаллоин, фаллоидин, аманитин. Гепатотоксическое, нефротоксическое, энтеротоксическое действие. В 100 г свежих грибов (5 г сухих) содержится 10 мг фаллоидина, 13.5 мг аманитина. Смертельная доза аманитина — 0.1 мг/кг. Токсины не разрушаются при термической обработке и при высушивании, быстро всасываются из желудочно-кишечного тракта, депонируются в печени.

2. Мухомор — действующее начало — мускарин, мускаридин. Нейротоксическое (холинергическое действие). Токсины частично разрушаются при термической обработке.

3. Строчки, сморчки — содержат гельвеловую кислоту. Гемотоксическое (гемолитическое) действие. Токсин разрушается при термической обработке.

СО: Латентный период до развития выраженных симптомов интоксикации 6-24 ч. Неукротимая рвота, боль в животе, понос, гемолиз, гемоглобинурия (красная моча). Поражение печени, почек. Гемолитическая желтуха.

НП:

1. Гидрокарбонат натрия — 1000 мл 4 % раствора в вену. Форсированный диурез.

2. -

3. -

ДИКУМАРИН

НХВ: Дикумарин.

СО: См. Антикоагулянты.

НП: См. Антикоагулянты.

ДИМЕДРОЛ

НХВ: Димедрол (дифенгидрамин) и другие антигистаминные препараты. Нейротоксическое (парасимпатолитическое, центральное холинолитическое), психотропное (наркотическое) действие. Смертельна доза — 40 мг/кг. Токсическая концентрация в крови — 10 мг/л. Быстро всасывается, достигает максимальной концентрации в тканях в течение первых 6 ч, детоксикация в печени, выводится с мочой преимущественно в виде метаболитов в течение 24 ч.

СО: Сухость во рту и глотке, сонливость и головокружение, тошнота, тошнота, мышечные подергивания, тахикардия, нарушение зрения. Зрачки расширены, может быть горизонтальный нистагм, кожные покровы сухие, бледные. Двигательное и психологическое возбуждение, судороги с последующим потерей сознания. Коматозное состояние, падение АД, угнетение дыхания. При приеме димедрола внутрь может возникнуть онемение полости рта.

НП:

1. При приеме внутрь — промывание желудка через зонд, смазанный вазелиновым маслом. Форсированный диурез.

2. Физостигмин — 0.1 % раствор по 1 мл подкожно, повторно, при отсутствии резкого возбуждения — пилокарпин — 1 мл 1 % раствора подкожно.

3. При возбуждении — аминазин или тизерцин — 2,5 % растворы по 2 мл внутримышечно, при судорогах — диазепам — 5-10 мг внутривенно.

ДИМЕТИЛФТАЛАТ

НХВ: Диметилфталат. Местное раздражающее, психотропное (наркотическое), нейротоксическое, нефротоксическое действие. Всасывается через желудочно-кишечный тракт, дыхательные пути. В организме в короткие сроки подвергается метаболизму с образование метилового спирта.

СО: См. Спирт метиловый. При вдыхании паров — раздражение слизистых оболочек глаз, носа.

НП: См. Спирт метиловый.

ДИХЛОРЭТАН

НХВ: Дихлорэтан (этилена дихлорид) существует в виде 2 изомеров: 1-1-дихлорэтан и наиболее токсичный 1-2-дихлорэтан. Психотропное (наркотическое), нейротоксическое, гепатотоксическое, нефротоксическое, местное раздражающее действие. Смертельная доза при приеме внутрь 15–20 мл. Токсическая концентрация в крови — следы дихлорэтана, смертельна 5 мг/л. Быстро всасывается через желудочно-кишечный тракт, дыхательные пути, кожные покровы. После приема внутрь в первые 6 ч достигается максимальная концентрация в крови, быстрота всасывания повышается при совместном приеме с алкоголем и жирами. Подвергается метаболизму в печени с образование токсичных метаболитов хлорэтанола и монохлоруксусной кислоты. Депонируется в жировой ткани. Выделяется с выдыхаемым воздухом, мочой, калом.

СО: Симптомы интоксикации проявляются в первые 1–3 ч. При поступлении внутрь — тошнота, рвота (упорная) с примесью желчи, крови, боль в подложечной области, саливация, жидкий, хлопьевидный стул с запахом дихлорэтана, гиперемия склер, резкая слабость, головная боль, психомоторное возбуждение, кома, экзотоксический шок (1–2 сутки), на 2-3-и сутки — токсическая гепатопатия (болезненность в правом подреберье, увеличение печени, желтуха, нефропатия, печеночно-почечная недостаточность, геморрагический диатез (желудочные, носовые кровотечения). При ингаляционном отравлении — головная боль, головокружение, сонливость, диспептические расстройства, повышенная соливация, гепатопатия, нефропатия. В тяжелых случаях — кома, экзотоксический шок. При попадании на кожу — явления дерматита, буллезные высыпания.

НП:

1. Обильное повторное промывание желудка через зонд с последующим введением в желудок вазелинового масла (150–200 мл). Детоксикационная гемосорбия, форсированный диурез с ощелачиваним крови. Витамин Е по 1–2 мл 30 % внутримышечно 4 раза в первые 3 суток.

2. При наличии глубокой комы — интубация, искусственное аппаратное дыхание. Сердечно-сосудистые средства. Лечение токсического шока. В первые сутки гормонотерапия (преднизолон до 120 мг внутривенно повторно). Витаминотерапия: В₁₂ — до 1500 мкг; B₁ — 4 мл 5 % раствора внутримышечно; B₁₅ до — 5 г внутрь. Аскорбиновая кислота — 5-10 мл 5 % раствора внутривенно. Тетацин кальций — 40 мл 10 % раствора с 300 мл 5%раствора глюкозы внутривенно. Унитиол 5 % раствор по 5 мл внутримышечно повторно. Липоевая кислота — 20–30 мг/кг внутривенно за сутки. Антибиотики (левомицитин, пенициллин). При резком возбуждении 2 мл 2.5 % раствора пипольфена внутривенно. Лечение токсической нефропатии и гепатопатии проводят в стационаре.

ДУРМАН

НХВ: Дурман. См. Атропин.

СО: См. Атропин.

НП: См. Атропин

ЗАМАНИХА

НХВ: Заманиха (семена азалиевых). Корневища и корни содержат сапонины, следы алколоидов и гликозидов, эфирное масло. Выпускается в виде настойки 5 % спирта. Кардиотоксическое местное раздражающее, психотропное (возбуждающее) действие.

СО: При употреблении токсической дозы — тошнота, повторная рвота, жидкий стул, брадикардия, головокружение, беспокойство, возможно снижение артериального давления. Брадиаритмия, желудочковая экстрасистолия.

НП:

1. Промывание желудка через зонд. Форсированный диурез.

2. Атропин — 1 мл 0.1 % раствора подкожно или внутривенно повторно до купирования брадикардии.

ИЗОМИАЗИД

НХВ: Изониазид (ГИНК, гидразид изоникотиновой кислоты); производные: тубазид, фтивазид, салюзид, ларусан и др. Нейротоксическое (судорожное) действие. Летальная доза — 10 г. Быстро всасывается из желудочно-кишечного тракта, максимальная концентрация в крови через 1–3 ч после приема. 50–75 % препарата в ацетилированной форме выводятся с мочой в течение 24 ч, 5 — 10 % через кишечник.

СО: Тошнота, рвота, боль в животе, слабость, головная боль, парестезии, сухость во рту, тремор, атаксия, одышка, брадикардия, затем тахикардия. При тяжелых отравлениях — судороги эпилептиформного типа с потерей сознания и расстройством дыхания. Возможно развитие токсической нефропатии, гепотопатии.

НП:

1. Промывание желудка через зонд, солевое слабительное. Форсированный диурез с ощелачиванием крови. Детоксикационная гемосорбция.

2. В₆ — 5 % раствор по 10 мл внутривенно повторно.

3. Эфирно-кислородный наркоз с миорелаксантами, аппаратное дыхание. Коррекция ацидоза — 4 % раствор гидрокарбоната натрия 1000 мл в вену.

ИНДИЙСКАЯ КОНОПЛЯ

НХВ: Индийская конопля (гашиш, план, марихуана, анаша).

СО: Вначале психомоторное возбуждение, расширение зрачков, шум в ушах, яркие зрительные галлюцинации, затем — общая вялость, слабость, плаксивость и долгий, глубокий сон с замедлением пульса и понижением температуры тела.

НП:

1. Промывание желудка в случае принятия яда внутрь, форсированный диурез. При резком возбуждении — 4–5 % мл 2,5 % раствора аминазина внутримышечно.

2. -

3. -

ИНСУЛИН

НХВ: Инсулин. Гипогликемическое действие.

СО: Активен только при парентеральном введении. При передозировке возникают симптомы гипогликемии — слабость, усиленное потовыделение, тремор рук, чувство голода. При тяжелом отравлении (уровень сахара в крови ниже 50 мг%) — психомоторное возбуждение, клонико-тонические судороги, кома. При выходе из коматозного состояния отмечается длительная энцефалопатия (шизофреноподобный синдром).

НП:

1. Форсированный диурез с ощелачиванием крови.

2. Немедленное внутривенное введение 20 % раствора глюкозы, в количестве, необходимом для восстановления нормального уровня сахара в крови. Глюкагон — 0,5–1 мг внутримышечно.

3. При коме адреналин — 1 мл 0,1 % раствора подкожно. Сердечно-сосудистые средства.

ЙОД

НХВ: Йод. Местное прижигающее действие. Смертельная доза около — 3 г.

СО: При вдыхании паров йода поражаются верхние дыхательные пути.(см. Хлор). При попадании концентрированных растворов внутрь возникают тяжелые ожоги пищеварительного тракта, слизистая оболочка имеет характерный цвет. Возможно развитие гемолиза, гемоглобинурии.

НП:

1. Промывание желудка через зонд, лучше 0.5 % раствором натрием тиосульфата.

2. Натрия тиосульфат 30 % раствор — до 300 мл в сутки внутривенно капельно, 10 % раствор натрия хлорида 30 мл внутривенно.

3. Лечение ожогов пищеварительного тракта (см. Кислоты крепкие).

КАЛИЯ ПЕРМАНГАНАТ

НХВ: Калия перманганат. Местное прижигающее, резорбтивное, гемотоксическое (метгемоглобинемия) действия. Смертельная доза для детей около 3 г, для взрослых — 0,3–0,5 г/кг.

СО: При попадании внутрь возникают резкая боль в полости рта, по ходу пищевода, в животе, рвота, понос. Слизистая оболочка полости рта и глотки отечная, темно-коричневого, фиолетового цвета. Возможны отек гортани и и механическая асфиксия, ожоговый шок, двигательное возбуждение, судороги. Часто возникают тяжелые пневмонии, геморрагический колит, нефропатия, гепатопатия, явления паркинсонизма. При пониженной кислотности желудочного сока возможна метгемоглобиненмия с выраженным цианозом и одышкой.

НП:

1. См. Кислоты крепкие.

2. При резком цианозе (метгемоглобинемия) — метиловый синий 50 мл 1 % раствора, аскорбиновая кислота — 30 мл 5 % раствора внутривенно.

3. Витаминотерапия: В₁₂ до 1000 мкг, В₆ — 3 мл 5 % раствора внутримышечно. Лечение токсической нефропатии, гепатопатии в стационаре.

КИСЛОТЫ КРЕПКИЕ

НХВ: Кислоты крепкие: неорганические (азотная, серная, соляная и др.), органические (уксусная, щавелевая и др.). Щавелевая кислота входит в состав ряда средств бытовой химии, применяемых для снятия ржавчины: жидкости "Ваниол" (10 %), "Антиржавин", паста "Прима"(19.7 %), порошок "Санитарный" (15 %), "Тартарен" (23 %). Местное прижигающее действие (коагуляционный некроз), гемотоксическое (гемолитическое) и нефрогепатотоксическое — для органических кислот. Смертельная доза — 30–50 мл.

СО: При приеме внутрь развивается химический ожог полости рта, зева, глотки, желудка, пищевода, иногда кишечника — резкая боль в полости рта по ходу пищевода, в животе. Значительная саливация, повторная рвота с примесью крови, пищеводно-желудочное кровотечение. Механическая асфиксия в связи с ожогом и отеком гортани. Явления токсического ожогового шока (компенсированного или декомпенсированного). В тяжелых случаях, особенно при отравлениях уксусной эссенцией, наблюдаются гемолиз, гемоглобинурия (моча приобретает красно бурый, темно-коричневый цвет), к концу первых суток появляется желтушность кожных покровов и склер. На фоне гемолиза развивается токсическая коагулопатия (кратковременная фаза гиперкоагуляции и вторичный фибринолиз).

На 2–3 сутки преобладают явления экзогенной токсемии (повышение температуры тела, возбуждение), явления активного перитонита, панкреатита, затем явление нефропатии на фоне острого гемоглубинурийного нефроза (при отравлении уксусной кислотой), гепатопатии, инфекционные осложнения (гнойный трахеобронхит, пневмонии. На 2–3 недели осложнением ожоговой болезни могут быть поздние пищеводно-желудочные кровотечения. К концу 3 недели при тяжелых ожогах (язвенно-некротическое воспаление), появляются признаки рубцового сужения пищевода или чаще — выходного отдела желудка (при отравлении неорганическими кислотами). Отмечаются ожоговая астения, потеря массы тела, нарушение белкового и водно-электролитного равновесия. Язвенно-некротический гастрит и эзофагит часто приобретают хроническое течение.

НП:

1. Промывание желудка холодной водой через зонд, смазанный растительным маслом. Перед промыванием желудка — подкожно морфин — 1 мл 1 % раствора и атропин — 1 мл 0.1 % раствора. Форсированный диурез с ощелачиванием крови. Глотать кусочки льда.

2. Введение 4 % раствора гидрокарбоната натрия до 1500 мл в вену при появлении темной мочи и развитии метаболическогоа цитоза.

3. Лечение ожогового шока. Полиглюкин — 800 мл внутривенно капельно. Глюкозо-новокаиновая смесь (глюкоза — 300 мл 5%раствора, новокаин — 30 мл 2 % раствора) внутривенно капельно. Папаверин — 2 мл 2 % раствора, платифилин — 1 мл 0.2 %раствора, атропин — 0.5–1 мл 0.1 % раствора подкожно до 6–8 раз в сутки. Сердечно-сосудистые средства (кордиамин — 2 мл, кофеин — 2 мл 10 % раствора подкожно). При развитии кровотечении — лед внутрь. В случаях значительной кровопотери — повторное переливание крови. Антибиотикотерапии (пенициллин — до 8 000 000 ЕД в сутки). Гормонотерапия: гидрокартизон — 125 мг, АКТГ — 40 ЕД внутримышечно в сутки. Для местного лечения обожженной поверхности внутрь через 3 ч дают 20 мл микстуры следующего состава: 10 % эмульсия подсолнечного масла — 200 мл, анестезин — 2 мл, левомицитин — 2 г. Витаминотерапия: В₁₂ — 400 мкг, B₁ — 2 мл 5 % раствора внутримышечно (одновременно не вводить). Лечение токсической нефропатии, гепатопатии — в стационаре. Для лечения токсической коагулопатии после остановки кровотечения — гепарин до 30 000 — 60000 ЕД в сутки внутривенно внутримышечно в течение 2–3 суток (под контролем коагулограммы). При отеке гортани — ингаляции аэрозолей: новокаина — 3 мл 0,5 % раствора с эфедрином — 1 мл 5 % раствора или адреналином — 1 мл 0,1 % раствора. В случае безуспешности указанного мероприятия — трахеостомия.

КОФЕИН

НХВ: Кофеин и другие ксантины — теофиллин, теобромин, эуфиллин, аминофиллин. Психотропное, нейротоксичное (судорожное) действие. Смертельная доза — 20 г с большими индивидуальными различиями,смертельная концентрация в крови — более 100 мг/л. Быстро всасывается в желудочно-кишечном тракте, деметилируется в организме, выводится с мочой в виде метаболитов, 10 % в неизменном виде.

СО: Шум в ушах, головокружение, тошнота, рвота, повышение температуры тела, сердцебиение. Возможно выраженное психомоторное возбуждение, клонико-тонические судороги. В дальнейшем может развиваться угнетение нервной системы вплоть до сопорозного состояния, выраженная тахикардия (иногда пароксизмальная, сопровождающаяся гипотонией), сердечные аритмии. При передозировке препаратов, особенно при внутривенном введении, возможен приступ клонико-тонических судорог, падение АД. Ортостатический коллапс.

НП:

1. Промывание желудка через зонд, солевое слабительное. Форсированный диурез. В тяжелых случаях — детоксикационная гемосорбция.

2. Аминазин — 2 мл 2,5 % раствора внутримышечно. В тяжелых случаях — внутримышечное введение литической смеси: аминазин — 1 мл 2,5 % раствора, промедол — 1 мл 1 % раствора, дипразин (пипольфен) — 2,5 % раствора. При судорогах — барбамил — 10 мл 10 % раствора внутривенно. Для купирования пароксизмальной тахикардии — новокаинамида 10 % раствор 5 мл внутривенно медленно.

ЛИТИЙ

НХВ: Литий — лития карбонат. Психотропное, нейротоксическое, кардиотоксическое действие. Смертельная доза — 20 г. Токсическая концентрация в крови — 13,9 мг/л, смертельная доза — 34,7 мг/л. Всасывается в желудочно-кишечном тракте, распределяется равномерно в организме во внутриклеточной и внеклеточной жидкости, 40 % выводится с мочой, небольшая часть — через кишечник.

СО: Тошнота, рвота, боль в животе, диарея, мышечная слабость, тремор конечностей, адинамия, атаксия, сонливость, сопорозное состояние, кома. Нарушение ритма сердца, брадиаритмия, снижение артериального давления, острая сердечно-сосудистая недостаточность (коллапс). На 3–4 сутки — проявления токсической нефропатии. Характерно волнообразное течение интоксикации.

НП:

1. Промывание желудка через зонд. Форсированный диурез. В тяжелых случаях — ранний гемодиализ.

2. В вену — гидрокарбонат натрия — 1500–2000 мл 4 % раствора, хлорид натрия — 20–30 мл 10 % раствора через 6–8 ч в течение 1–2 сут.

3. При снижении артериального давления — 0,2 % раствор норадреналина внутривенно капельно до получения клинического эффекта. Витамины группы В, АТФ — 2 мл 1 % раствора внутримышечно 2–3 раза в сутки. Лечение токсической нефропатии.

МАЗЬ РТУТНАЯ

НХВ: Мазь ртутная: серая (содержит 30 % металлической ртути, белая(10 % — амидхлорида ртути), желтая (2 % — окиси ртути желтой).

СО: Отравления развиваются при втирании мази в кожу, особенно в волосистые части тела и при наличии на коже экскориаций, ссадин или при длительной экспозиции (более 2 ч). На 1–2 сутки появляются признаки дерматита и повышается температура тела, что может быть проявлением повышенной чувствительности к препаратам ртути. На 3–5 сутки развиваются симптомы токсической нефропатии, острая почечная недостаточность. Одновременно возникают проявление стоматита, гингивита, увеличение регионарных узлов, на 5–6 сутки — энтероколит.

НП:

1. Форсированный диурез. Ранний гемодиализ при наличии токсической концентрации ртути в крови и выраженной интоксикации.

2. Унитиол — 5 % раствор по 10 мл внутримышечно повторно.

3. Лечение токсической нефропатии в условиях стационара. На пораженные участки кожи — мазевые повязки с гидрокортизоном, анестезином. Лечение стоматита.

МЕДЬ

НХВ: Медь и ее соединения (медный купорос). Медьсодержащие ядохимикаты: бордосская жидкость (смесь медного купороса и извести), бургундская жидкость (смесь сульфата меди и карбоната натрия), купронафт (соединение медного купороса с раствором метилонафта) др. Местное прижигающее, гемотоксичекое (гемолитическое), нефротоксическое, гепатотоксическое действие. Смертельная доза медного купороса 30–50 мл. Токсическая концентрация меди в крови — 5,4 мг/л. Около 1/4 дозы, поступившей через рот, всасывается из желудочно-кишечного тракта, связывается с белками плазмы. Большая часть депонируется в печени. Выделение с желчью, калом, мочой.

СО: При поступлении внутрь медного купороса развиваются тошнота, рвота, боль в животе, частый стул, головная боль, слабость, тахикардия, токсический шок.

При выраженном гемолизе (гемоглобин), острая почечная недостаточность (анурия, нуремия). Токсическая гепотопатия. Гемолитическая желтуха, анемия. При попадании во время сварки цветных металлов (высокодисперсионной пыли меди (цинка и хрома) в верхние дыхательные пути развитие острой "литейной лихорадки": озноб, сухой кашель, головная боль, слабость, одышка, стойкая лихорадка. Возможна аллергическая реакция (красная сыпь на коже, зуд).

НП:

1. Промывание желудка через зонд. Форсированный диурез. Ранний гемодиализ.

2. Унитиол — 10 мл 5 % раствора, затем по 5 мл каждые 3 ч внутримышечно в течение 2–3 суток. Натрий тиосульфат — 100 мл 30 % раствора внутривенно.

3. Морфин — 1 мл 1 % раствора, атропин — 1 мл 0.1 % раствора подкожно. При частой рвоте — аминазин — 1 мл 2,5 раствора внутримышечно. Глюкозо-новокаиновая смесь (глюкоза 5 % — 500 мл, новокаин 2 % — 50 мл внутривенно). Антибиотики. Витаминотерапия. При гемоглобинурии — гидрокарбонат натрия — 1000 мл 4 % раствора внутривенно. Лечение острой почечной недостаточности и токсической гепатопатии — в условиях стационара. При литейной лихорадке — ацетилсолициловая кислота — 1 г, кодеин — 0.015 г внутрь. При аллергической сыпи — димедрол — 1 мл 1 % раствора подкожно, глюконат кальция 10 мл 10%раствора внутривенно.

МОРФИН

НХВ: Морфин и другие наркотические анальгетики группы опия: опий, пантопон, героин, дионин, кодеин, текодин, фенадон. Препараты, содержащие вещества группы опия — капли и таблетки желудочные, кодтерпин, котермопс. Психотропное (наркотическое), нейротоксическое действие. Смертельная доза при приеме внутрь морфина — 0.5–1 г, при внутривенном введении — 0.2 г. Смертельная концентрация в крови — 0.1–4 мг/л. Все препараты особенно токсичны для детей младшего возраста. Смертельная доза для детей до 3 лет — 400 мл, фенадона — 40 мг, героина — 20 мг. Быстро всасывается из желудочно-кишечный тракта и при парентеральном введении, детоксикация в печени путем конгьюгации с глюкороновой кислотой (90 %), 75 % выводится с мочой в первые сутки в виде конгьюгантов.

СО: При приеме внутрь или при парентеральном введении токсических доз препаратов развивается коматозное состояние, для которого характерны значительное сужение зрачков с ослаблением реакции на свет, гиперемия кожи, гипертонус мышц, иногда клонико-тонические судороги. В тяжелых случаях часто наблюдается нарушение дыхание и развитие асфиксии — резь цианозслизистых оболочек, расширение зрачков, брадикардия, коллапс, гипотермия. При тяжелом отравлении кадеином возможны нарушения дыхания при сохраненном сознании больного, а также значительное снижение артериального давления.

НП:

1. Повторное промывание желудка (даже при пантеральном введении морфина), активированный уголь внутрь, солевое слабительное. Форсированный диурез с ощелачиванием крови. Детоксикационная гемосорбция.

2. Введение налорфина (анторфина) — 3–5 мл 0.5 % раствора внутривенно.

3. Подкожно атропин — 1–2 мл 0.1 % раствора, кофеин — 2 мл 10 % раствора, кордиамин — 2 мл. Витамин B₁ — 3 мл 5 % раствора внутривенно повторно. Ингаляция кислорода, искусственное дыхание. Согревание тела.

МЫШЬЯК

НХВ: Мышьяк и его соединения. Нефротоксическое, гепатотоксическое, энтеротоксическое, нейротоксическое действие. Наиболее токсичны соединения трехвалентного мышьяка. Смертельная доза мышьяка при приеме внутрь — 0.1–0.2 г. Токсическая концентрация в крови — 1 мг/л, смертельная — 15 мг/л. Медленно всасываются из кишечника и при парентеральном введении. Депонируются в печени, почках, селезенках, тонких стенках кишечника, легких. При употреблении неорганических соединений мышьяк появляется в моче через 2–8 ч. выводится с мочой в течение 10 дней. Органические соединения выводятся с мочой и калом в течение 24 ч.

СО: При поступлении внутрь чаще наблюдается желудочно-кишечная форма отравления. Металлический вкус во рту, рвота, сильная боль в животе. Рвотные массы зеленоватого цвета. Жидкий стул, напоминающий рисовый отвар. Резкое обезвоживание организма, сопровождающееся хлорпеническими судорогами. Гемоглобинурия в результате гемолиза, желтуха, гемолитическая анемия, острая печеночно-почечная недостаточность. В терминальной фазе — коллапс, кома.

Возможна паралитическая форма: оглушение, сопорозное состояние, судороги, потеря сознания, кома, паралич дыхания, коллапс. При ингаляционных отравлениях мышьяковистым водородом быстро развиваются тяжелый гемолиз, гемоглобинурия, цианоз, на 2–3 сутки — печеночно-почечная недостаточность.

НП:

1. Промывание желудка через зонд, повторные сифонные клизмы. Ранний гемодиализ с одновременным введением внутривенным 150–200 мл 5 % раствора унитиола.

2. Унитиол — 5 % раствор по 5 мл 8 раз в сутки внутримышечно, 10 % раствор тетацин-кальция — 30 мл в 500 мл 5 % глюкозы внутривенно.

3. Витаминотерапия: аскорбиновая кислота, витамины B₁, В₆, B₁₅. 10 % раствор хлорида натрия внутривенно повторно по 10 мл (под контролем ионограммы). При резких болях в кишечнике — платифилин — 1 мл 0.2 % раствора, атропин 1 мл 0.1 % раствора подкожно, паранефральная блокада с новокаином. Сердечносо-судистые средства. Лечение экзотоксического шока. При гемоглобинурии — глюкозо-новокаиновая смесь (глюкоза 5 % — 500 мл, новокаин 2 % — 50 мл) внутривенно, гипертонический раствор (20–30 %) глюкозы — 200–300 мл, эуфиллин 2,4 % раствор — 10 мл, гидрокарбонат натрия 4 % — 1000 мл внутривенно. Форсированный диурез.

НАФТАЛИН

НХВ: Нафталин — местное раздражающее, гемотоксическое (гемолитическое) действие. Смертельная доза при приеме внутрь — около 10 г, для детей — 2 г. Отравления возможны при вдыхании паров и пыли, при проникновении через кожу, попадании в желудок. Выведение с мочой в виде метаболитов.

СО: При ингаляции — головная боль, тошнота, рвота, слезотечение, кашель, поверхностное помутнение роговицы. Возможно развитие гемолиза, гемоглобинурии. При контакте с кожей — эритема, явления дерматита. При попадании внутрь — боль в животе, рвота, диарея. Беспокойство, в тяжелых случаях — кома, судороги. Тахикардия, одышка, гемолиз, гемоглобинурия, токсическая нефропатия. Возможно развитие токсической гепатопатии. Особенно опасны отравление у детей.

НП:

1. При приеме внутрь — промывание желудка через зонд, солевое слабительное. Форсированный диурез с ощелачиванием крови.

2. Гидрокарбонат натрия внутрь по 5 г на воде каждые 4 ч или внутривенно 4 % раствор 1–1,5 л в сутки.

3. Хлористый кальций — 10 мл 10 % раствора внутривенно, внутрь — рутин — 0.01 г, рибофлавин 0.01 г повторно. Лечение токсической нефропатии.

НАШАТЫРНЫЙ СПИРТ

НХВ: Нашатырный спирт — см. Щелочи едкие.

НИКОТИН

НХВ: Никотин. Психотропное (возбуждающее), нейротоксическое (холинолитическое, судорожное) действие. Токсическая концентрация в крови — 5 мл/л, смертельная доза — 10–22 мг/л. Быстро всасывается слизистыми оболочками, в организме быстро метаболизируется. Детоксикация в печени. 25 % выводятся в неизменном виде с мочой, через легкие, с потом.

СО: Головная боль, головокружение, тошнота, рвота, понос, слюнотечение, холодный пот. Пульс сначала медленный, затем учащенный, неправильный. Сужение зрачков, расстройства зрения и слуха, мышечные фибрилляции, клонико-тонические судороги. Кома, коллапс. Некурящие более чувствительны к никотину, чем длительно курящие.

НП:

1. Промывание желудка раствором перманганата калия 1:1000 с последующим введением солевого слабительного. Активированный уголь внутрь. Форсированный диурез. При тяжелых отравлениях — детоксикационная гемосорбция.

2. Внутривенно 50 мл 2 % раствора новокаина, 500 мл 5 % раствора глюкозы.

Внутримышечно — сульфат магния 25 % — 10 мл. При судорогах с затруднением дыхания — 10 мл 10 % раствора барбамила внутривенно или 2 мл 2 % дитилина и искусственное аппаратное дыхание. При резкой брадикардии — 1 мл 0.1 % раствора атропина подкожно.

НИТРИТЫ

НХВ: Нитриты: нитрит натрия (селитра), калия, аммония, амилнитрит, нитроглицерин. Гемотоксическое (прямое метгемоглобинообразование), сосудистое действие (расслабление гладкой мускулатуры сосудистой стенки). Смертельная доза нитрита натрия 2 г. Быстро всасывается в желудочно-кишечном тракте, выделяются преимущественно в неизмененном виде через почки, кишечник. В организме не депонируются.

СО: Сначала покраснение кожных покровов, затем цианоз слизистых оболочек и кожи. Клиническая картина обусловлена в основном развитием метгемоглобинемии (см. Анилин). Возможно, снижение АД вплоть до развития острой сердечно-сосудистой недостаточности (коллапс).

НП:

1. Промывание желудка через зонд. Форсированный диурез.

2. Лечение метгемоглобинемиии (см. Анилин).

3. При снижении АД — введение 1–2 мл кордиамина, 1–2 мл 10 % раствора кофеина подкожно, 1–2 мл 0.2 % раствора норадреналина в 500 мл 5 % раствора глюкозы — внутривенно капельно.

ОКИСЬ УГЛЕРОДА

НХВ: Окись углерода (угарный газ). Гипотоксическое, нейротоксическое, гемотоксическое действие (карбоксигемоглобинемия). Смертельная конценрация карбоксигемоглобина в крови — 50 % общего содержание гемоглобина. Отравление выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания (автомобили), "угорание" при неисправностях печной отопительной системы, отравления в очаге пожара.

СО: Легкая степень — головная боль опоясывающего голову характера (симптом обруча), стук в висках, головокружение, тошнота, рвота. Возможны транзиторное повышение АД и явление трахиобронхита (отравления при пожаре). Концентрация карбоксигемоглобина в крови, взятое на месте происшествия 20–30 %. Средняя степень тяжести — кратковременная потеря сознания на месте происшествия, сменяющаяся возбуждением со зрительными и слуховыми галлюцинациями или заторможенностью, адинамией. Гипертонический синдром, тахикардия, токсическое поражение мышцы сердца. Явление трахеобронхита с нарушением функции внешнего дыхания (отравление при пожаре). Концентрация карбоксигемоглобина в крови, взятой на месте происшествия 30–40 %. Тяжелое отравление — длительное коматозное состояние, судороги, отек мозга, нарушения внешнего дыхания с явлениями дыхательной недостаточности (аспирационно-обтурационный синдром, ожог верхних дыхательных путей — отравление при пожаре), гипертонический синдром, токсическое поражение мышцы сердца, возможно развитие инфаркта миокарда. Иногда кожно-трофические расстройства, развитие миоренального синдрома, острой почечной недостаточности. Концентрация карбоксигемоглобина в крови, взятой на месте происшествия 50 %.

НП:

1. Вынести пострадавшего на свежий воздух. Непрерывная ингаляция в течение 2–3 ч.

2. При отравлении средней и тяжелой степени — гиперборическая оксигенация при давлении в камере 2–3 ат в течение 50–60 мин.

3. При отеке мозга — люмбальные пупции с удалением 10–15 % ликвора при повышенном давлении, краниоцеребральная гипотермия (аппликация льда или аппарат "холод") в течение 6–8 ч, осмотические диуретики (маннитол, мочевина). При возбуждении 1 мл 1 % раствора подкожно, аминазин — 2 мл 2.5 % раствора внутримышечно, при судорогах — 2 мл 0.5 % раствора диазепама или 5 мл 10 % раствора барбамила внутривенно. При поражении верхних дыхательных путей — лечебно-диагностические трахеобронхоскопии, санация. Профилактика легочных осложнений: антибиотики, гепарин (до 25 000 ЕД в сутки внутримышечно). При выраженной дыхательной недостаточности — искусственное аппаратное дыхание, эуфиллин — 10 мл 2,4%раствора внутривенно, аскорбиновая кислота — 10–20 мл 5 % раствором глюкозы — 500 мл. Витаминотерапия.

ПАХИКАРПИН

НХВ: Пахикарпин. Нейротоксическое (ганглиоблокирующее) действие. Смертельная доза — около 2 г. Смертельная концентрация в крови — более 15 мг/л. Быстро всасывается при приеме внутрь и при парентеральном введении. Выводится с мочой.

СО: Стадия I — тошнота, рвота, боль в животе, головокружение, слабость, сухость слизистых.

Стадия II — нарушение нервно-мышечной проводимости: расширение зрачков, нарушение зрения, слуха, резкая слабость, атаксия, психомоторное возбуждение, клонико-токсические судороги, мышечные фибрилляции, тахикардия, бледность, акроцианоз, гипотония.

Стадия III — коматозное состояние, нарушение дыхания, коллапс, остановка сердечной деятельности при внезапной брахикардии.

НП: 1. Промывание желудка через зонд, солевое слабительное, форсированный диурез, детоксикационная гемосорбция.

2. В I стадии специфическая терапия не производится. Во II стадии: 0.05 % раствор прозерина подкожно 10–15 мл (1-2е сутки), 2–3 мл (3 и 4-е сутки), АТФ — 12-15

_{… (окончания нет)…}

ЮМОР

Магнитные огурцы

Много лет назад я работал патентоведом и до сих пор с удовольствием вспоминаю это время. Разные страсти двигали авторами заявок. Для кого-то изобретательство было смыслом жизни, кто-то делал карьеру, но все они были неравнодушными людьми. В каждом была изюминка, если не творчества, то хотя бы просто фантазии. Некоторых я помню до сих пор и среди них, конечно, Петю Тимченко, теперь Петра Ивановича.

Официальную Петину тему не помнил даже его научный руководитель. А по велению сердца Петя занимался омагничиванием воды, которую, как известно из учебников физики, намагнитить невозможно. Согласно публикациям в не очень научной литературе омагниченная вода творила чудеса: растворяла почечные камни, выращивала утраченные зубы, невиданно повышала урожайность сельскохозяйственных культур. Этот последний аспект выросшему в деревне Пете показался особенно важным. Как это делается в науке, Петя выдвинул гипотезу, что существует волшебное сочетание напряженности магнитного поля и времени обработки, и приступил к опытному ее подтверждению. Правильно омагниченная водопроводная вода должна была превратить чахлую лабораторную огуречную рассаду в буйные джунгли. В результате экспериментов джунгли не выросли, но на графиках появились пусть не очень отчетливые, но все-таки максимумы и минимумы.

Сие означало, что пришло время напечатать результаты. Статью в журнал не приняли, и Петя решил сделать ставку на изобретение. Я помог ему оформить заявку, а кроме того выслушал множество историй из Петиной жизни. Он с удовольствием рассказывал о себе.

В магическую силу науки Петя уверовал в армии. Он уже дослуживал, когда в части появился странный солдат. Этот парень был старше всего на пару лет, но уже закончил университет, и ему предстояло служить всего год.

Звали его Миша Левит. Пока обсуждался сложный вопрос, считать Мишу салагой или дедом, тот уже сидел в Ленинской комнате и решал контрольную по математике для командира роты, студента-заочника. Вскоре прошел слух, что Миша, если снабдить его литературой, может решить контрольную, сделать курсовой или написать диплом по ЛЮБОЙ науке. В армии такие таланты не пропадают. Вскоре Мишу откомандировали в штаб округа, где он, как рассказывали, писал диссертацию генералу и был освобожден даже от построений.

Петя успел пообщаться с этой легендарной личностью еще до перевода в штаб. Выяснил, где тот учился, и решил после армии тоже поступить на физический факультет университета. Если знание физики может избавить от превратностей армейской службы, — решил он, — значит, физика может все.

Еще Петя стал членом партии, так, на всякий случай. На физфак после армии он попал запросто. А учиться поначалу было очень тяжело. Но вскоре Петю ввели в факультетское партбюро. Со всеми преподавателями он стал на "ты" и закончил университет с такими оценками и связями, что распределился в академический институт, где судьба и свела нас в стенах патентного отдела.

Через несколько месяцев на Петину заявку пришел отзыв. Рецензент оказался доброжелательным, идею не отверг, но предложил проверить ее в масштабе близком к промышленному. В этом непростом деле Петя оказался своего рода гением. Для создания магнитного поля на институтском заводе изготовили похожий на здоровенную катушку соленоид диаметром около метра и длиной метра три. В соседней воинской части списали новенький дизель-генератор для автономного питания соленоида. В одном из автохозяйств соленоид установили на прицеп и выделили грузовичок с шофером. Упаси Господи, не подумайте, что Петя за все это платил. Не платил, и денег у него та ких не было. Просто у него был родственник, который к этому времени стал вторым секретарем обкома партии. Мужик незлой и широкий по натуре, он всегда с удовольствием помогал родственникам и односельчанам. Тем более что и ему это ничего не стоило. Он же помог договориться с председателем пригородного колхоза. Под Петины огурцы выделили опытное поле. Оставалось дождаться весны.

Весна 1983 года выдалась ранней. Огурцы на опытном поле дружно поднялись, напоенные майскими дождями. Перед первым поливом омагниченной водой Петя волновался как недавно волновался перед собственной свадьбой.

Вечером перед поездкой зашел в гости Валера, односельчанин, двоюродный брат жены и лейтенант КГБ. Жил Валера в общежитии и заходил часто. Все у него было хорошо, только жениться не получалось. А холостому в КГБ ни повышения в звании, ни квартиры и даже в день законного отгула заняться нечем. Поэтому увязался он за Петей в колхоз для моральной, так сказать, поддержки.

К сельсовету подъехали около полудня. Соленоид на платформе, обвитый толстыми проводами, был похож на лазерную пушку и на ракетную пусковую установку одновременно. Около него мгновенно образовалась толпа.

Председатель колхоза встретил ученых, как водится, хлебом-солью. После плотного обеда поехали подсоединять соленоид к системе орошения. Валера принял на грудь нескольких лишних рюмок и его вдруг понесло. Он стал прозрачно намекать на секретные разработки, ввернул совсем не к месту радиацию и как бы невзначай показал главному механику свои корочки. С этого момента местные решили, что от опытного поля лучше держаться подальше.

За маем пришел июнь. Опытные огурцы поливали омагниченной водой раз в неделю. Петя и Валера приезжали на каждый полив и прихватывали день, а то и два. Дом у председателя был большой и гостеприимный. Хлопцы пришлись ему по душе. По вечерам сидели во дворе под украинскими звездами, выпивали, закусывали, беседовали. Начинали обычно с науки и технического прогресса, но вскоре непонятно как переходили на женщин.

Часто пели, у Валеры оказался хороший голос. Иногда заходил на огонек завуч местной школы, человек с печальными глазами и висячими "шевченковскими" усами. Появлялся он обычно, когда уже обсуждали женщин, но эта тема его не интересовала. Завуч переводил разговор на Голодомор и печальную судьбу украинского языка. Однажды он даже пожурил хлопцев за то, что говорят они на суржике. Валера разозлился и написал рапорт, что имярек, работающий в системе образования, может быть и не оголтелый украинский националист, но душок определенно есть. Отослал рапорт по внутренней почте. На следующий день в столовой к нему подошел майор из соседнего отдела. Поблагодарил за бдительность, сказал, что завуч "свой человек", и посоветовал не показывать корочки кому попало. Валера расстроился, но все обошлось. А завуч стал заходить реже.

В конце июля приехала на каникулы дочка председателя Оксана, студентка мединститута. Не назову это любовью с первого взгляда, но между Валерой и Оксаной явно возникла симпатия. А Петя только подлил масла в огонь, сказав: — И дивчина хорошая, и голодный не будешь, — и добавил, — Не теряйся!

Тем временем огурцы вошли в кондицию. Собирать урожай с опытного поля прислали подмогу из областного центра. Машины с магнитными огурцами пошли в город. Колхозники, как всегда, воровали огурцы ведрами, мешками и прицепами, но только с обычного поля, которое в данном случае было и контрольным. Даже председатель, говоря между нами, на опытном поле старался бывать пореже, магнитные огурцы не ел и гостей ими не угощал.

Зато в областном центре они шли нарасхват. Их туда отправляли почти каждый день, но поспевали все новые и новые, и казалось, что этой огуречной реке не будет конца. Впервые в истории хозяйства план поставок огурцов в город был выполнен и перевыполнен без всяких приписок.

Председатель уже видел на своей груди медаль и с радостью выдал Пете совершенно честную справку в том, что урожай на опытном поле превысил урожай на контрольном почти втрое.

В конце сентября Оксана и Валера сыграли свадьбу. В ноябре Петя получил авторское свидетельство, в марте защищал диссертацию. На защиту приехал второй секретарь обкома, сел в первом ряду рядом с директором института.

Директор занял свой пост относительно недавно и впервые очутился вблизи чиновника такого ранга. Поэтому он совершенно не слушал соискателя, а судорожно думал как познакомиться с секретарем поближе и как лучше распорядиться этим крупнокалиберным орудием на грядущих выборах в выборах в Академию. Тем временем Петя закончил доклад, начались прения. Первым попросил слова директор института, он же председатель Ученого совета.

— Абсолютное большинство диссертаций, которые защищаются в нашем совете, — сказал он, — очень хороши с точки зрения теории, но слабо связаны с народным хозяйством. Сегодня перед нами обратная картина: работа не имеет строгого теоретического обоснования, но ее практический результат мы все видели на прилавках овощных магазинов. Я призываю всех членов совета проголосовать "за".

После выступлений оппонентов секретарь призвал присутствующих задавать вопросы соискателю. Молодой доктор по фамилии Хайкин славился в институте умением задавать каверзные вопросы и очень этим гордился. В тот день ему хотелось блеснуть перед молоденькой аспиранткой из соседнего отдела, на которую он положил глаз. О присутствии секретаря обкома его не предупредили. Так что одна рука в зале все-таки поднялась:

— Петр Иванович, есть ли у вас доказательства, что огурцы, выращенные по вашей технологии, безопасны для здоровья потребителей?

Директор занервничал и с тоской подумал, что Хайкин похоже вправду собрался уезжать в Израиль. Но соискателя вопрос не смутил.

— Если у меня есть технология, которая может накормить народ, я не могу держать ее у себя, я должен отдать ее народу! — провозгласил Петя.

Против такой постановки вопроса Хайкин возразить не решился и промолчал.

Многим понравилось, что Петя уел Хайкина. В зале чуть было не раздались аплодисменты.

Приступили к голосованию. Все проголосовали "за", ни одного "против".

Петя стал кандидатом физико-математических наук. На банкете директор сказал, что такая кандидатская — хороший задел для докторской.

Присутствующие встретили его слова со сдержанным энтузиазмом. А вообще банкет удался. Петя, как водится, напился, хотя не очень сильно. Он ходил с блюдом домашних соленых огурцов и всем предлагал попробовать, но гости больше налегали на красную рыбу из обкомовского буфета.

Конец этой истории кажется мне примечательным тем, что знаменитые голливудские хэппи-энды отдыхают в сравнении с ним. Смотрите сами. Горожане в кои веки разжились огурцами. Петя защитил диссертацию. Валера женился. Председатель колхоза получил медаль и отдал дочку замуж…

Много магнитной и немагнитной воды утекло с той поры. Петр Иванович давно заведует кафедрой биофизики, Валерий Кузмич полковничает. Но и сегодня они вспоминают тот счастливый год, молодость, тоскуют по Советской власти и не могут поверить, что кому-то она не нравилась.

_{Объявление:}

_{Интернет-журналу "Домашняя лаборатория" требуются редакторы разделов. Если вы увлекаетесь какой-нибудь идеей или темой, то можете попробовать себя в качестве редактора. В вашу задачу будет входить формирование материала по этой теме, то есть поиск его в Интернет или литературе, и компоновка в соответствии с какой-либо идеей. Можно добавлять свои комментарии и статьи. Каких-либо рамок и ограничений нет, требование одно — чтобы было интересно. Обычно по таким разделам сообщается, кто его ведет. Окончательное оформление остается за редакцией. Все предложения направлять на адрес редакции: domlab@inbox.com}

notes

Примечания

1

По-видимому, в схеме использовался МОТ — трансформатор от микроволновой печи. Внимание: МОТ смертельно опасен. Прикосновение к корпусу и ВВ выходу приводит к смерти. Помните — МОТ (2.2 кВ) — это не игрушка! В обязательном порядке должен быть индикатор, что МОТ включен.

2

Прим. ред.: Или применять экранирующие сетки, если вы знаете, хотя бы в теории, как это сделать. В принципе магнетрон является основой каждой микроволновой печи.

3

Данный материал не является официальным и предназначен только для общего ознакомления. Всякого рода ошибки в тексте могут привести лечение к непредсказуемым результатам.

4

Здесь и далее для неотложной помощи: 1 — Методы активной детоксации. 2 — Антидотное лечение. 3 — Симптоматическая терапия.