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

27 июля
Через океан за 12 лет

27 июля 1866 года завершена прокладка первого трансатлантического телеграфного кабеля между Европой и Америкой.

Мало кто верил в возможность протянуть телеграфные линии через океан. Отважился на это никому не известный торговец Сайрус Филд. Летом 1855 года состоялась первая попытка. Буря вынудила обрубить уже уложенный кабель, чтобы спасти корабль. Следующим летом, когда корабли дошли до глубины две мили, кабель оборвался и утонул. Через год третья попытка: два корабля шли навстречу друг другу из Америки и Англии. И снова кабель оборвался. И лишь на четвертый раз корабли встретились! Но уже во время передачи первой телеграммы – приветствия королевы Виктории американскому президенту – линия «умерла». Вероятно, пострадала изоляция кабеля.

Новая попытка состоялась лишь через 8 лет. Когда была уложена почти половина, кабель снова оборвался. Поднять его со дна не смогли, оставили буй и вернулись в Англию. Через год из Ирландии снова вышел корабль с новым кабелем на борту. Через 20 дней он благополучно достиг Америки. Никто не мог поверить, что все прошло так гладко! Но неугомонный Филд отправился к тому злополучному месту, где в прошлом году затонул кабель. Матросы специальными захватами нашли и подняли затонувший конец кабеля, срастили его с новым куском и протянули вторую линию! Именно этот второй кабель прослужил несколько десятилетий, а первый вскоре испортился.

Эдгар По в своих фантастических «Письмах с воздушного шара» в 1848 году предсказывал появление трансатлантического телеграфа, но только через 1000 лет!

28 июля
Нобелевское открытие аспиранта

28 июля 1904 года родился Павел Алексеевич Черенков, русский физик, Нобелевский лауреат (ум. 1990).

В 1932 году у Сергея Ивановича Вавилова в ФИАНе появился новый аспирант – Павел Черенков. Черенков получил «неперспективную», с точки зрения коллег, тему: люминесценция жидкостей. Кто бы мог подумать, что эта тема приведет к Нобелевскому открытию! Оно получило название «эффект Черенкова». Эффект состоит в том, что заряженная частица, движущаяся равномерно быстрее скорости света, излучает свет. В этой фразе человеку, добросовестно изучавшему физику в школе, могут показаться странными две вещи. Во-первых, как доказал Максвелл, равномерно движущиеся заряды не излучают. Во-вторых, как утверждает теория относительности, двигаться быстрее света частица не может. Эти догмы помешали предвидению эффекта. Почему-то в течение 30 лет физикам не приходило в голову рассмотреть движение частицы со сверхсветовой скоростью не в вакууме, а в среде. Так «проморгали» интересное явление. Более того, открытие Черенкова поначалу было встречено с недоверием, а ведущий британский научный журнал «Природа» даже отказался публиковать его статью.

Черенковское излучение напоминает конус волн, который вы видите на поверхности воды за плывущим катером, движущимся быстрее скорости распространения волн. Еще больше это излучение похоже на конус звуковых волн, испускаемых сверхзвуковым самолетом (см. 31 декабря). С позиций квантовой теории эффект Черенкова объяснили теоретики И. Е. Тамм и И. М. Франк, разделившие с Черенковым Нобелевскую премию.

29 июля
Из истории кораблекрушений

29 июля 1909 года новый английский пароход «Уарата» вышел из южноафриканского порта Дурбан. С тех пор пароход больше не видели.

На его борту находились 211 пассажиров и команда. Длительные поиски не дали никаких результатов. Если «Уарата» по какой-либо причине затонула, то почему никто из пассажиров не спасся, хотя на судне было 17 спасательных шлюпок, деревянные плоты и пробковые пояса?

За двухтысячелетнюю историю мореплавания погибли около трех миллионов судов. Они лежат на дне морей и океанов. Места гибели большинства из них известны. Но в летописи кораблекрушений есть множество случаев бесследного исчезновения судов. Известно только, что исчезнувшее судно вышло из некоторого порта, но в порт назначения не прибыло. Только за последние сто с лишним лет зафиксировано 1250 исчезновений кораблей. Почему бесследно исчезают суда? Причиной может быть гигантская одиночная волна, которая иногда возникает в океане и мгновенно поглощает судно; столкновения с айсбергами, которые временами заплывают даже в теплые воды; извержения подводных вулканов. Вода над местом извержения содержит много пузырьков газа, то есть превращается в пену низкой плотности. Судно, оказавшееся в этой пене, мгновенно тонет (ведь тело плавает, только если его средняя плотность меньше плотности жидкости) – по этой же причине тонут в болотах, воды которых насыщены пузырьками газа и имеют пониженную плотность. Исчезнувшие суда могут оказаться на огромной глубине и, возможно, место их гибели никогда не станет известно.

И все же с исчезновением кораблей связано много загадок.

Случалось, что после пронесшегося торнадо оставались живые, но полностью ощипанные куры.

30 июля
Смерчи и кровавые дожди

30 июля 1838 года в Лондоне выпал дождь из лягушек, захваченных и поднятых вверх вместе с водой мощным смерчем.

Смерч, или торнадо, – это очень сильный вращающийся вихрь («торнадо» по-испански означает «вращающийся»). Воздух в смерче вращается с большой скоростью, а внутри большого вихря есть более мелкие вихри, с которыми связаны самые злые проделки смерчей. Быстрое движение воздуха приводит к сильному понижению давления, что создает «эффект насоса», т. е. втягивания окружающего воздуха, воды, пыли и предметов внутрь вихря. Смерчи ломают деревья и столбы, срывают с фундаментов и разрушают дома, опрокидывают поезда, могут полностью высосать колодец, пруд или участок реки. Тяжелые предметы поднимаются вихрем на небольшую высоту и затем отбрасываются в сторону, мелкие же втягиваются высоко в вихрь и переносятся на много километров. Поэтому после смерчей иногда наблюдаются дожди из рыб, лягушек, медуз и других водных обитателей. В 1904 году смерч похитил пшеницу со складов в Марокко и перенес ее к берегам Испании. А 17 июля 1940 года в деревне Мещеры Горьковской области во время грозы выпал дождь из старинных серебряных монет XVI века, – очевидно, смерч извлек их из клада, зарытого неглубоко в землю. «Кровавые дожди» тоже связаны со смерчами. Так, в 1813 году вихрь поднял в пустынях Северной Африки много красноватой пыли и перенес ее через Средиземное море. Смешавшись с дождем, эта пыль придала ему красный цвет и напугала жителей итальянского городка.

31 июля
Лунные «камикадзе»

31 июля 1964 года американская автоматическая межпланетная станция «Рейнджер-7» столкнулась с Луной.

Десятки космических кораблей разбились о поверхность Луны в период начального её штурма. Это была как бы стрельба по мишени: корректировать траекторию аппаратов во время полёта ещё не умели. Первой «попала в Луну» советская станция «Луна-2» в 1958 году. Вслед за ней в начале 1960-х к Луне устремились американские зонды серии «Рейнджер» («Странник»). Американцы тоже не сразу «пристрелялись» – только «Рейнджеры» №№ 7, 8 и 9 достигли цели. Во время падения камеры обреченных зондов неустанно снимали приближающуюся поверхность Луны и тут же передавали изображения на Землю. Так были получены первые подробные фотографии лунной поверхности и деталей её рельефа.

В 1966 году научились делать мягкие посадки на Луну (см. 3 февраля). Казалось бы, больше нет нужды губить дорогие аппараты. Но в XXI веке начаты новые лунные программы, в которых аппараты снова «жертвуют собой» ради науки. После успешного итога миссии Deep Impact (см. 3 июля) тот же метод «бомбометания» решили применить для исследования Луны. 9 октября 2009 года состоялась миссия НАСА LCROSS: два тела один за другим на большой скорости врезались в лунный кратер (вещество в кратерах несет информацию о составе лунных недр). Первым «снарядом» стала верхняя ступень ракеты-носителя, которая вывела зонд LCROSS на орбиту. Вслед за ней последовал сам зонд, оснащенный научными приборами. При падении ступени ракеты поднялось облако частиц грунта, на изучение состава которого у зонда было всего четыре минуты, а затем его также ждала гибель. Продолжил исследование пылевого облака, поднятого обоими снарядами, орбитальный разведывательный лунный зонд LRO, находящийся на орбите Луны.

Зачем всё это? Аппараты, в первую очередь, искали воду – она может находиться в замёрзшем состоянии под поверхностью Луны или в глубоких кратерах, дно которых никогда не видит солнечных лучей. Найти воду крайне важно для создания долговременных обитаемых лунных баз. И вода была найдена! Ее оказалось даже больше, чем надеялись ученые (и вдвое больше, чем в пустыне Сахара). А помимо воды, нашли серебро, ртуть и много чего ещё….

– Вот бы экзамены сдавать на Луне!

– Зачем?

– А там все предметы в шесть раз легче.

Август

1 августа
Троекратное открытие

Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года, когда он нагревал оксид ртути в герметично закрытом сосуде, направляя на него солнечные лучи с помощью мощной линзы. «Каково же было мое изумление, когда я обнаружил, что свеча горит в этом воздухе необычайно ярким пламенем. Тщетно пытался я найти объяснение этому явлению», – писал он. На самом деле Пристли открыл кислород тремя годами раньше. Он тогда обнаружил, что при брожении сусла выделяется «неживой» воздух, не поддерживающий дыхания и горения (это был углекислый газ). А потом установил, что зеленые растения на свету могут жить в этом воздухе и даже делают его пригодным для дыхания (выделяя кислород). Пытаясь получить «живой» воздух искусственно, он проделал множество опытов и 1 августа 1774 года добился успеха. Самое забавное, что Пристли так и не понял, что же именно он открыл. К счастью, он рассказал о своих опытах молодому французскому химику Антуану Лавуазье.

Чуть раньше, чем Пристли, кислород научился выделять известный шведский химик Карл Шееле. Он назвал полученный газ «огненным воздухом» и описал свое открытие в изданной в 1777 году книге. Шееле тоже рассказал о своих опытах Лавуазье. Именно Антуан Лавуазье окончательно разобрался в природе полученного газа (и он же дал ему имя «кислород» – «рождающий кислоту»).

Химик Шееле, открывший много новых веществ, погиб, пытаясь определить вкус полученной им синильной кислоты – в те времена химики, описывая свойства вновь полученного соединения, указывали также и его вкус.

2 августа
Первая античастица

2 августа 1932 года американский физик Карл Андерсон открыл в космических лучах позитрон, за что был удостоен Нобелевской премии 1936 года.

В 1929 году советский физик Д. В. Скобельцын впервые применил для исследования космических лучей камеру Вильсона, помещенную в магнитное поле. Заряженные частицы, пролетая сквозь камеру, оставляют в ней следы (треки), наподобие следов от самолетов в небе. По направлению искривления треков магнитным полем можно было судить о знаке заряда частиц. Скобельцын обнаружил слабо изогнутые магнитным полем следы электронов. На его фотографиях были и следы, слабо изогнутые в противоположную сторону. То ли он не обратил на них внимания, то ли не стал с ними разбираться, но открытие, увы, не состоялось.

Через три года Андерсон в аналогичных опытах применил в 10 раз более сильное магнитное поле. На фотографии, сделанной 2 августа 1932 года, впервые представлен след, оставленный двойником электрона с положительным зарядом. Андерсон не искал античастицу специально – открытие было, как он позднее признавался, случайным (сколько в физике таких «случайных» открытий!). Именно Андерсон предложил назвать антиэлектрон позитроном, и этот термин моментально вошел в научный обиход. Открытие позитрона заставило вспомнить о предсказании Дирака (см. 1 февраля). Другие античастицы, предсказанные Дираком, были найдены в 50-х годах. Сегодня физики не исключают, что где-то далеко могут быть огромные области Вселенной, состоящие целиком из антиматерии. Отличить их по излучению от обычных галактик невозможно (см. также 13 августа).

3 августа
Переменные звезды

3 августа 1596 года немецкий астроном Давид Фабрициус открыл первую переменную звезду – Миру Кита.

Само словосочетание «переменные звезды» воспринималось тогда как нечто странное, ведь звезды всегда были символом неизменности. Вероятно, древние арабы все же заметили необычное поведение одной из них в созвездии Персея, потому что назвали ее Алголь – «звезда дьявола». Но вот в 1596 году Фабрициус заметил в созвездии Кита довольно яркую звезду, которая затем исчезла. Самым интересным было то, что через несколько лет потухшая звезда снова засияла! Ей дали имя Мира – «удивительная». Внезапное появление и исчезновение звезды было астрономам не в диковину – такие звезды называли «новыми».

Сегодня известны десятки тысяч переменных звезд. Причины их изменчивости разные. Так, Алголь относится к классу затменных переменных: на самом деле это не одна, а две близко расположенные звезды. Вращаясь друг вокруг друга, звезды поочередно затмевают одна другую, что и вызывает эффект переменности блеска. Звезды типа Миры (их называют мириды) – это красные гиганты, периодически меняющие размеры и блеск. Но самые знаменитые переменные звезды – это цефеиды (названные по имени звезды в созвездии Цефея). Это горячие желтые сверхгиганты, меняющие размеры и блеск с периодом в несколько суток. Цефеиды стали «маяками Вселенной». Период изменения их блеска пропорционален светимости. Сопоставляя видимый блеск звезды и период светимости, можно рассчитать расстояние до нее. Так цефеиды помогли астрономам определить расстояния до звездных скоплений и даже галактик.

4 августа
Есть ли атмосфера на Луне?

Любой школьник скажет, что нет. Но 4 августа 1738 года «в 16:30 по Гринвичу на диске Луны появилось нечто, похожее на молнию» (запись в трудах Королевского общества). А ведь молния – это искровой разряд в газе! С начала XVIII века накоплено много свидетельств о странных световых явлениях на Луне: вспышках, полосках, пятнах. А внимательные наблюдатели замечали с помощью телескопов и биноклей признаки зари у концов рогов лунного серпа. Может, и вам повезет, и вы увидите, как кончики рогов удлиняются, продолжаясь в темноту, а то и смыкаются на противоположной от Солнца стороне. Сейчас мы знаем, что у Луны есть не одна, а даже две атмосферы: газовая и пылевая. Правда, по земным меркам, лунная атмосфера – это глубокий вакуум. Но все же она в тысячи раз плотнее потоков солнечного ветра. В отличие от земной атмосферы, где молекулы постоянно сталкиваются друг с другом, частицы лунной атмосферы летают практически без столкновений. Те из них, чья скорость превышает «скорость убегания» 2,38 км/c, улетают насовсем, остальные возвращаются к Луне. Атмосфера довольно быстро рассеивается, но одновременно и пополняется. Во-первых, Луна постоянно «ворует» водород и гелий из солнечного ветра. Во-вторых, из ее недр периодически выбрасываются облака газа и пыли. Пылинки сильно наэлектризованы, поэтому между газопылевым облаком и лунной поверхностью могут возникать искровые разряды – световые вспышки. Частицы пыли поднимаются на сотни километров. Солнце подсвечивает эти частицы, мы видим их возле лунного края, и кажется, что у месяца удлиняются рога.

5 августа
Игорь Сикорский

5 августа 1913 года свой первый полет совершил первый в мире большой многомоторный самолет «Русский витязь» конструкции Игоря Ивановича Сикорского (1889–1972). После революции Сикорский покинул Россию, и его имя в нашей стране было надолго забыто.

Игорь Сикорский начал создавать свои самолеты с 20 лет. Он был и конструктором, и летчиком-испытателем. После аварии, едва не стоившей ему жизни, Сикорский задумал построить многомоторный самолет с экипажем из нескольких человек, приспособленный для эксплуатации на бескрайних российских просторах в условиях нашего сурового климата. Он предусмотрел даже возможность ремонта в полете. В успех его затеи не верили. Но в марте 1913 года первый в мире четырехмоторный воздушный гигант «Русский витязь» поднялся в воздух. Молва о нем покатилась по России и Европе. Император Николай выразил желание осмотреть самолет, и его перегнали в Красное Село.

«Русский витязь» стал прообразом всех последующих пассажирских авиалайнеров, тяжелых бомбардировщиков и транспортных самолетов. Он принес Сикорскому мировую славу. Россия первая начала серийное производство воздушных гигантов. Аналогичные машины появились за рубежом только через несколько лет. В годы первой мировой войны самолеты Сикорского использовались в качестве тяжелых бомбардировщиков и дальних разведчиков. В России Сикорский создал более двух десятков базовых моделей самолетов, два вертолета, трое аэросаней и один авиадвигатель. В США им было создано 17 базовых типов самолетов и 18 типов вертолетов. Его вертолеты были признаны лучшими в мире.

6 августа
Открытия любопытного марсохода

6 августа 2012 года марсоход «Кьюриосити» («Любопытство») высадился на Марс.

Это просто гигант по сравнению с прежними марсоходами. По размерам он сопоставим с автомобилем и весит около 900 кг. Его цель – выяснить, подходит ли Марс для колонизации, и были ли там прежде условия, подходящие для органической жизни. Предполагалось, что его миссия продлится около двух лет, но вот уже девятый год любопытный робот делает удивительные открытия на Красной планете. Сейчас мы уже свыклись с мыслью о наличии воды на Марсе, но в 2013 году это открытие стало откровением. «Кьюриосити» обнаружил высохшее русло реки и речную гальку, а также выяснил, что кратер Гейл в прошлом был огромным озером. Анализ грунта подтвердил, что жизнь на Марсе была возможна, поскольку имеются необходимые для этого химические элементы – углерод, водород, кислород, азот и сера. И атмосфера на Марсе раньше была гораздо более плотной, она защищала поверхность от безжалостной радиации космических лучей. В древней марсианской атмосфере, судя по всему, преобладал углекислый газ. Благодаря парниковому эффекту он увеличивал температуру воздуха, что также благоприятствовало возникновению жизни. Но почти вся бывшая атмосфера была унесена солнечным ветром – потоком быстрых заряженных частиц. На современном Марсе вода, к счастью, есть не только в ледниках, но и близко к поверхности планеты, что может очень пригодиться будущим колонистам.

А 19 февраля 2021 года на Марс уже прибыл новый марсоход НАСА – «Персеверанс» («Настойчивость»).

Днем на Марсе небо красное, а на закате – голубое.

7 августа
Открытие космических лучей

7 августа 1912 года австрийский физик Виктор Гесс, поднявшись с электроскопом на воздушном шаре, обнаружил существование космического излучения. В 1936 году за это открытие ему была присуждена Нобелевская премия по физике.

Гесс изучал, как радиация, испускаемая земной корой, ионизует атмосферный воздух. В то время ученые считали, что по мере удаления от земной поверхности ионизация воздуха должна падать, ведь атмосфера поглощает радиоактивные излучения земных недр. Чтобы проверить это предположение, Гесс стал запускать аэрозонды. В 1912 году он совершил семь полетов на воздушных шарах, достигнув рекордной высоты 5350 м 7 августа 1912 года. К его удивлению, при подъеме выше 1 км степень ионизации воздуха стала увеличиваться. Гесс понял, что ионизацию вызывает неизвестное излучение из космоса.

Это было потрясающее открытие! Оно привело к рождению физики космических лучей. Сегодня мы знаем, что космические лучи – это поток частиц с очень высокими энергиями. Галактическое излучение приходит из нашей Галактики и из других галактик. Солнечные космические лучи рождаются во время мощных вспышек на Солнце. До того как были построены мощные ускорители, именно в космических лучах находили неизвестные элементарные частицы.

Когда в конце 1930-х в космических лучах неожиданно была обнаружена незнакомая частица – мюон, физик Исидор Исаак Раби приветствовал ее открытие фразой: «Ну, и кто это заказывал?» Вскоре «незаказанные» частицы в космических лучах посыпались как из рога изобилия.

8 августа
Поль Адриен Морис Дира́к

8 августа 1902 года родился Поль Дирак, английский физик, лауреат Нобелевской премии 1933 года «за открытие новых продуктивных форм атомной теории» (ум. 1984).

В 1923 году молодой аспирант приехал в Кембридж. А всего через несколько лет он стал всемирно известным физиком-теоретиком. Дирак отличался нестандартным мышлением и не связывал себя ни догмами, ни мнениями коллег. Самым главным его достижением стало релятивистское уравнение квантовой механики. Дирак предсказал также существование целого мира античастиц – мир этот уже обнаружен и исследован. Каждый студент-физик сегодня знает о квантовой статистике Ферми – Дирака. А дерзкая идея Дирака о возможности существования магнитных монополей и по сей день будоражит умы ученых и вдохновляет их на все новые и новые эксперименты.

Дирак был тихим, замкнутым и немногословным человеком. Он любил дальние пешеходные прогулки. Работать он предпочитал в одиночку, и непосредственных учеников у него было мало.

Дирак любил выражаться точно и требовал точности от других. Однажды на научном семинаре в конце длинного вывода докладчик обнаружил, что знак в окончательном выражении у него не тот. «Я в каком-то месте перепутал знак», – сказал он, всматриваясь в написанное. «Вы хотите сказать – в нечетном числе мест», – поправил с места Дирак. В другой раз Дирак сам был докладчиком. Окончив сообщение, он обратился к аудитории: «Вопросы есть?» – «Я не понимаю, как вы получили это выражение», – спросил один из присутствующих. «Это утверждение, а не вопрос, – ответил Дирак. – Вопросы есть?»