Текст книги "Научные открытия для тех, кто любит краткость"

Июль

1 июля
Блистательный Лейбниц

1 июля 1646 года родился Готфрид Лейбниц, немецкий математик, физик, изобретатель, философ, историк (ум. 1716).

Несомненно, это одна из самых ярких фигур в истории науки. Перечислить все идеи и открытия Лейбница просто невозможно. Идеи сыпались из него, как из рога изобилия. Многие из них были так значительны, что любая обеспечила бы своему автору бессмертие в соответствующей области. Он изобрел интегральное и дифференциальное исчисление независимо от Ньютона, а также двоичную арифметику, используемую в компьютерах. Он даже сделал чертеж вычислительной машины, но технологические возможности его времени не позволили создать такую машину. Лейбниц буквально фонтанировал изобретениями: от подводной лодки и абсолютно новой формы часов до устройства для измерения добра и зла. Но ни одно из этих изобретений так и не было завершено (в отличие от его научных трудов).

Когда Петр I путешествовал по Голландии с целью освоения морского дела, он познакомился с Лейбницем. Это знакомство оказало сильное влияние на молодого царя и подвигло его в дальнейшем к созданию Петербургской Академии наук. Лейбниц предложил Петру проект научных исследований в России, связанных с ее уникальным географическим положением: изучение магнитного поля Земли, отыскание пути из Арктики в Тихий океан и т. д. В Берлине по инициативе Лейбница была основана Немецкая академия наук, первым президентом которой он стал.

Герцогиня Орлеанская говорила о молодом Лейбнице: «Очень редко, когда интеллектуалы бывают так изящно одеты, от них ничем не пахнет, и они понимают шутки».

2 июля
Самые разные звезды

2 июля 1906 года родился Ханс Альбрехт Бете, американский астрофизик, нобелевский лауреат «за открытия, касающиеся источников энергии звезд» (ум. 2005).

Самые малые по размеру звезды не превышают Земной шар (их называют белыми карликами), а самые большие в две тысячи раз больше Солнца (красные гиганты). Наше Солнце относится к классу небольших звезд – желтых карликов. Есть еще крошечные, но сверхплотные нейтронные звезды (10–20 км в диаметре). Они состоят, как видно из названия, из одних нейтронов.

По своим массам звезды не так уж сильно отличаются друг от друга: от одной десятой массы Солнца до нескольких десятков солнечных масс. Все звезды излучают энергию, вырабатываемую в их недрах. Температура внутри легких звезд достигает 10 млн градусов, а внутри гигантов – до 100 млн градусов. Состоят звезды, в основном, из полностью ионизованных водорода и гелия. Как показал в 1938 году Бете, недра звезды – это термоядерный реактор, в котором из ядер водорода и гелия образуются более тяжелые ядра. Чем массивнее звезда, тем быстрее идут внутри нее ядерные реакции и тем скорее она кончает свой жизненный путь. Самые массивные звезды сгорают всего за несколько миллионов лет. Нам очень повезло с Солнцем: желтые карлики – самые спокойные и долгоживущие звезды. Солнце горит уже около 5 млрд лет, и мы можем рассчитывать еще на несколько миллиардов лет спокойной жизни (см. 3 мая). Кстати, таких хороших звезд в нашей галактике всего около 5 %.

В нашей Галактике в среднем рождается одна новая звезда в год.

3 июля
Бомбометание в космосе

4 июля 2005 года впервые в истории космическая станция «Дип Импакт» («Сильный удар») сбросила зонд на ядро кометы.

«Пощупать» ядро кометы – такая задача была поставлена перед американской космической станцией «Дип Импакт», запущенной 12 января 2005 года в сторону кометы Темпеля-1. Орбита этой кометы расположена между орбитами Марса и Юпитера. Когда станция приблизилась к комете, от нее отделился ударник массой 370 кг, который на огромной скорости 10,3 км/с столкнулся с кометой. Перед этим он еще успел сделать снимок ее поверхности. Взрыв вскрыл глубинные слои ядра кометы. Миллионы килограммов вещества с поверхности кометы выбросило взрывом на большую высоту. А из того места, куда попал ударник, еще больше минуты фонтанировал газ с частицами льда и пыли. Как оказалось, внутри кометы была полость, заполненная газом, который находился под давлением, – ее-то стенку и пробил снаряд. Ученые пришли к выводу о том, что видимые у комет хвосты сформированы не только медленным испарением, но в том числе и взрывными процессами, происходящими при сближении с Солнцем. Ядро кометы нельзя рассматривать просто как большой грязный снежок. Оно больше похоже на газовый баллон, который может взорваться в любой момент, разметав вокруг себя грязный снег и лед.

После успешного завершения «бомбардировки» кометы Темпеля материнская часть аппарата «Дип Импакт» несколько лет продолжала работу в космосе, помогая в поиске экзопланет (см. 15 апреля). А затем ее направили к комете Хартли. Пролетев мимо ее ядра на расстоянии в 700 км, аппарат сделал много фотографий.

4 июля
«Частица Бога»

4 июля 2017 года объявлено об открытии бозона Хиггса.

Современная теория строения и взаимодействия элементарных частиц, так называемая Стандартная модель (см. 15 сентября и 10 ноября), успешно прошла почти все испытания экспериментом. Оставалось одно последнее звено – неуловимый бозон Хиггса. Неуловимый, потому что зарегистрировать его напрямую невозможно: он живет ничтожно малое время и распадается, причем вариантов распада множество, и многие из продуктов распада могут появиться в результате других физических процессов, которые к бозону Хиггса отношения не имеют. Охота на бозон шла полвека. И к июлю 2012 года на Большом адронном коллайдере было накоплено достаточно данных, надежно подтвердивших его существование. Питер Хиггс, предсказавший эту частицу в 1964 году, в интервью признался: ««Я потрясен, что это произошло в моей жизни. Я не думал, что доживу».

Почему бозон Хиггса столь важен, что его даже нарекли «частицей Бога»? Дело в том, что Питер Хиггс предсказал существование особого вездесущего «хиггсовского поля». Все частицы обретают массу за счет взаимодействия с этим полем. Оно присутствует даже в состоянии вакуума и затрудняет ускорение частиц, но не мешает их равномерному движению. А ведь именно ускорение связано с массой (помните второй закон Ньютона? Чем больше масса, тем меньше ускорение). Из-за взаимодействия с хиггсовским полем все частицы (кроме фотона, не взаимодействующего с ним) приобретают массу. А если бы вещество не имело массы, подобно фотонам, то не было бы звезд и галактик, и наша жизнь была бы невозможна.

5 июля
Спасибо Галлею и кометам

5 июля 1687 года вышел в свет трактат Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии».

Ньютон жил затворником в Кембридже, когда к нему в гости приехал молодой астроном, капитан дальнего плавания и «ловец комет» Эдмунд Галлей. Он хотел узнать у великого физика, по каким орбитам движутся кометы (этот вопрос дискутировался в Лондонском королевском обществе, но ответа никто не знал). «По эллипсам», – убежденно сказал Ньютон. По просьбе Галлея Ньютон изложил свои расчеты в трактате на девяти страницах «О движении тел по орбите». Галлей стал уговаривать Ньютона опубликовать трактат, но тот отказался, сославшись на необходимость сделать некоторые добавления и уточнения. В результате трактат вырос в объеме почти в 100 раз! Наконец, книга была напечатана на деньги Галлея. Это были знаменитые «Математические начала натуральной философии» (физику в те времена называли натуральной философией), содержавшие все основные законы механики и закон всемирного тяготения. Если бы эта книга не была написана, история человечества стала бы другой.

Эдмунда Галлея недаром называли «ловцом комет». Именно он составил первый каталог элементов орбит комет, обратил внимание на совпадение путей комет 1531, 1607 и 1682 годов и угадал, что это одна и та же комета. Он предсказал, что она вернется снова в 1758 году. Когда комета действительно вернулась в предсказанный год (это было уже после смерти Галлея и Ньютона), ее назвали кометой Галлея.

«Я убедился, что не следует сообщать ничего нового, иначе придется тратить силы на защиту своего открытия» (И. Ньютон).

6 июля
Первые следы на Марсе

6 июля 1997 года первый в истории американский марсоход «Соджорнер» («Попутчик») начал свое путешествие по поверхности Марса.

«Соджорнер» был доставлен на Марс 4 июля 1997 года. Посадочный аппарат имел форму тетраэдра, три грани которого раскрывались подобно лепесткам цветка, открывая при этом панель с марсоходом. При «приземлении» вокруг аппарата надулись пластиковые мешки, смягчившие посадку. Когда аппарат уже совершил мягкую посадку, исследователей постигло горькое разочарование: марсоход прочно застрял на спускаемом аппарате и не мог съехать на поверхность! На снимках, переданных на Землю, было видно, что дорогу ему преградил полусмятый воздушный баллон, один из тех, что смягчил удар при падении. Только через два дня ученые вздохнули свободно: пошевелившийся защитный лепесток корпуса стряхнул с себя и примял баллон, и шестиколесный марсоход выкатился на грунт. Камеры передали на Землю великолепные пейзажи. Мы узнали, что марсианские закаты и зори ярче и живописнее, чем на нашей родной планете, да и длятся сумерки на Марсе дольше (небо отсвечивает благодаря очень пыльному воздуху). Радостное удивление вызвала картина эрозии окружающей каменной поверхности, которую мог вызвать только могучий водяной поток. Значит, раньше климат на Марсе был значительно мягче! Путешествие марсохода по Красной планете длилось 83 дня, потом связь с аппаратом прекратилась.

Первые марсоходы должны были появиться на Марсе еще в 1971 году – они входили в состав советских станций «Марс». Увы, наши «Марсы» не смогли выполнить свои миссии (см. 12 марта).

7 июля
Революционер и ученый

7 июля 1854 года родился Николай Александрович Морозов, популяризатор науки и революционер-народоволец, писатель и поэт; почетный академик АН СССР (ум. 1946).

Незаконнорожденный сын помещика и дочери кузнеца Морозов с детства испытывал склонность к науке. В учебной программе гимназии, в которой он учился, естествознание отсутствовало, и Николай возглавил неформальный кружок самообразования, полагая, что естественные науки способствуют счастью человечества, освобождая его от физического труда и даруя возможность самосовершенствования. Попутно члены кружка знакомились с революционной литературой. Гимназист 5 класса Морозов примкнул к народовольцам, и на этом закончилось его систематическое образование. В молодости ему было не до личной жизни: за участие в подготовке покушений на Александра II 27-летнего народовольца Николая Морозова осудили на бессрочную каторгу. 25 лет он провел в заключении, причем первые три года – в печально знаменитом Алексеевском равелине Петропавловской крепости, где мало кто выживал. Лишь амнистия 1905 года освободила его из застенок, откуда он вынес цингу и туберкулез. А в придачу – свои научные труды по химии, физике, математике, астрономии, истории религии и т. д. Он выучил к тому же 11 языков.

После освобождения Морозов целиком посвятил себя науке. Во множестве издавал научно-популярные труды по физике, химии и астрономии. Правда, критики считали их дилетантскими. Писал также мемуары и стихи. Женился и прожил до 92 лет.

8 июля
Игорь Евгеньевич Тамм

8 июля 1895 года родился Игорь Евгеньевич Тамм, советский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии (ум. 1971).

Почти 40 лет жизни Тамма связаны с Физическим институтом имени Лебедева АН СССР. Тамм работал во многих областях теоретической физики: теории относительности, физике твердого тела, физике плазмы, ядерной физике. В каждой из них он получил фундаментальные результаты, сами по себе достаточные для того, чтобы его имя вошло в историю науки. Он впервые высказал идею о том, что взаимодействие между частицами возникает в результате обмена другими частицами. Эта идея оказалась очень плодотворной: все теории ядерных сил строились по схеме, разработанной Таммом. Он создал научную школу физиков-теоретиков, всемирно известную наряду со школой Ландау. В 1958 году Тамму вместе с Франком и Черенковым была присуждена Нобелевская премия за открытие и объяснение «эффекта Черенкова».

Яркость личности Тамма проявлялась не только в научном творчестве. Он был очень эрудированным человеком с огромными познаниями во многих областях, владел пятью иностранными языками, увлекался путешествиями и альпинизмом. При активной поддержке и участии Тамма в ФИАНе в течение ряда лет функционировал семинар по биологии. Получив Сталинскую премию, Тамм сразу же выделил часть ее на помощь нуждающимся талантливым ученым, причем эти люди не знали, откуда они получают деньги.

Коллеги и ученики Тамма придумали «единицу порядочности» – один тамм. Утверждалось, что это очень крупная единица, так как порядочности большей, чем 1 тамм, не существует в природе.

9 июля
Выдающийся физик и инженер

9 июля 1894 года родился Петр Леонидович Капица, русский физик, Нобелевский лауреат за работы в области физики низких температур (ум. 1984).

«Если академика через десять лет после смерти еще помнят, он – классик науки», – говорил в шутку Петр Леонидович. Сам он стал признанным классиком еще при жизни. В Капице мы видим редкое сочетание крупного ученого и инженера, и это проявлялось всегда, в какой бы области физики он ни работал. К примеру, в первой научной работе 22-летнего Петра Капицы описан простой и оригинальный метод изготовления тончайших кварцевых нитей. Эта работа была вызвана практической необходимостью: лаборатория Иоффе, его научного руководителя, остро нуждалась в таких нитях, а взять их было негде. Капица предложил вытягивать нити с помощью стрелы, выпущенной из лука (лук и стрелу Капица сделал своими руками). Стрелу обмакивали в расплавленный кварц и пускали вдоль коридора. Вытягиваемая стрелой нить застывала на лету и была тоньше человеческого волоса. Столь тонкие нити видны только на черном фоне в отраженном свете, поэтому вдоль коридора был расстелен черный бархат, на который они падали. Свой способ получения кварцевых нитей он любил впоследствии демонстрировать студентам во время лекций.

Способностью находить простые и оригинальные технические решения Петр Леонидович Капица славился всю жизнь. Сконструированные им установки для получения жидкого гелия и жидкого кислорода завоевали мировую популярность. Самым же известным его достижением стало открытие сверхтекучести жидкого гелия (см. 9 декабря).

10 июля
На пути к абсолютному нулю

10 июля 1908 года профессор Лейденского университета Камерлинг-Оннес впервые осуществил ожижение гелия.

К тому времени все газы, кроме гелия, были получены не только в жидком, но и в твердом состоянии. После того как в 1898 году удалось получить жидкий водород, прошло еще 10 лет упорной работы, прежде чем был взят «последний бастион» – гелий. Дело в том, что его критическая температура (см. 24 декабря) очень низка. Она составляет минус 267,7 °C. Но в те годы этого еще никто не знал.

Успех выпал на долю Каммерлинг-Онесса (см. 21 сентября). «Штурм» начался 10 июля 1908 года в 6 часов утра с получения 20 литров жидкого водорода, который использовался для предварительного охлаждения гелиевого ожижителя. Температура жидкого водорода (минус 253 °C) была самой низкой из достигнутых к тому времени. При работе с жидким водородом требуется исключительная осторожность (он взрывоопасен), кроме того, необходимо было без перебоев создавать огромное его количество. Все трудности были преодолены, и к вечеру первые 60 см³ жидкого гелия спокойно кипели в криостате. «Это было удивительное зрелище – появление впервые жидкости, имеющей почти нематериальный вид, – писал Камерлинг-Оннес. – Втекание ее в сосуд не было замечено. Ее присутствие было замечено, когда она уже наполнила сосуд, а ее поверхность выделялась остро, как лезвие ножа…»

Гелий остается в жидком состоянии, не затвердевая вплоть до абсолютного нуля. Жидкий гелий незаменим для получения низких температур, использование которых в современной науке и технике непрерывно и быстро возрастает.

11 июля
Ученый-энциклопедист

11 июля 1916 года родился Александр Михайлович Прохоров, один из основоположников квантовой электроники и изобретателей лазерной технологии, лауреат Нобелевской премии (ум. 2002).

Прохоров – уникальный ученый. В течение 40 лет в качестве главного редактора и председателя Научно-редакционного совета издательства «Советская Энциклопедия» он вел грандиозную работу по подготовке информации, охватывающей все области современного знания, для Большой Советской Энциклопедии. Главным же научным подвигом Прохорова стало создание квантовых генераторов излучения – мазера и лазера, без которых немыслимы современные технологии.

Еще в 1916 году Эйнштейн ввел понятие индуцированного излучения. Но прошло еще более тридцати лет до появления первого лазера. В 1952 году советские физики Прохоров и Басов сообщили о возможности создания квантового генератора микроволнового излучения (мазера), основанного на использовании индуцированного излучения. Именно им принадлежит идея «трехуровневого метода», который лежит сейчас в основе работы всех лазеров с так называемой оптической накачкой. Первый лазер оптического диапазона появился в США в 1960-м (см. 16 мая), но реализованную в нем идею использовать в качестве резонатора пару плоских параллельных зеркал предложил Прохоров в 1958 году. Благодаря организационному таланту Прохорова за короткое время в СССР была создана исследовательская и промышленная инфраструктура, без которой создание лазеров и их продвижение в практику были бы невозможны. В результате СССР превратился, наряду с США, в одну из двух лазерных сверхдержав.

12 июля
Из истории телеграфа

12 июля 1793 года Конвент Франции принял постановление о строительстве первой линии «семафорного» телеграфа, изобретенного механиком Клодом Шаппом.

Корни телеграфа («далекого письма») уходят далеко в прошлое. Индейцы передавали информацию с помощью дымовых столбов. Африканские племена с помощью звукового телеграфа (тамтамов) передавали развернутые сообщения на огромные расстояния.

Изобретатели во все времена бились над задачей: как увеличить информативность сообщений и передавать их на большие расстояния? Удачное решение придумал французский изобретатель Клод Шапп в 1789 году. Его телеграфная линия состояла из цепочки башен, удаленных друг от друга примерно на 10 км. Каждая из них была оборудована мачтой, напоминающей железнодорожный семафор. К концу мачты прикреплялись подвижные линейки. При помощи шнуров и блоков линейки могли принимать разные положения, изображая буквы и слова. Работники наблюдали за соседней станцией в подзорную трубу и воспроизводили на своей мачте полученные сигналы. Первая депеша была передана 1 сентября 1794 года: она прошла 210 км за три часа. Это казалось неслыханным достижением! Впоследствии передача депеш из Бреста в Париж длилась всего 7 минут. Телеграф Шаппа быстро распространился по всей Европе и сдал свои позиции только электромагнитному телеграфу к середине XIX столетия.

Британскому археологу, работавшему в А фрике, аборигены однажды сказали, что «большой корабль белых людей утонул, много белых погибло». Это сообщение о гибели «Лузитании» было передано с помощью «барабанного телеграфа» за тысячи километров!

13 июля
Маркони и радио

13 июля 1897 года Гульельмо Маркони (1874–1937) получил патент на «усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов и в аппаратуре для этого». За вклад в развитие радиосвязи в 1909 году он был награжден Нобелевской премией.

Прошло 100 лет, прежде чем во всем мире был признан приоритет Попова в изобретении радио. И все же роль Маркони в развитии радио огромна. Это признавал и сам Попов, который относился к Маркони доброжелательно (хотя не забывал напоминать, что аппаратура Маркони была копией его собственной, продемонстрированной на год раньше).

Попов – ученый «старого толка». У него и в мыслях не было патентовать свое изобретение. Маркони патентовал все до мелочей. Иногда присваивал и чужие изобретения. Его донимали судебными исками о владении патентами. И все же именно он повысил дальность радиопередач до немыслимых тогда пределов. Забавно, но именно его ошибочная уверенность в том, что радиоволны могут проходить сквозь грунт и воду, помогла ему добиться в декабре 1901 радиосвязи через Атлантический океан, в то время как большинство ученых считали, что радиосвязь возможна только в зоне прямой видимости. Помог неизвестный тогда эффект – радиоволны достаточно низкой частоты могут отражаться от ионосферы и огибать весь земной шар. Благодаря энергии и предприимчивости Маркони радио вошло в жизнь людей, стало привычным.

В США изобретателем радио считают Теслу, который еще в 1891 году описал принципы радиосвязи. Если бы лаборатория Теслы не сгорела (см. 13 мая), кто знает, – возможно, он бы реализовал радиосвязь первым.