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

9 августа
Опередивший время

9 августа 1776 года родился Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро, итальянский физик и химик, открывший «закон Авогадро» для газов и химическую формулу воды (ум. 1856).

Молодой юрист, доктор права Авогадро заинтересовался естественными науками, самостоятельно изучил физику и математику и вскоре стал академиком в Турине. В 1811 году вышла его знаменитая работа, содержащая «закон Авогадро»: равные объемы газа при одинаковых температурах и давлении содержат равное число атомов или молекул. Это была гениальная гипотеза, подтвержденная в дальнейшем. Она позволяла находить относительные массы молекул газов, просто сравнивая их плотности. Авогадро впервые правильно определил относительные атомные массы кислорода, углерода, азота, хлора и других газов. С помощью своего закона он установил верную химическую формулу молекулы воды (до него считали, что она состоит из двух атомов, а не из трех), а также многих других веществ.

Идеи Авогадро не признавали в ученом мире еще 50 лет! Его коллеги-химики не понимали различия между атомом и молекулой, а коллеги-физики вообще чурались атомизма. Четырехтомное сочинение Авогадро «Физика весомых тел, или трактат об общей конституции тел» стало первым в истории учебником молекулярной физики.

Кстати, «число Авогадро», названное в его честь, было измерено значительно позднее, в начале ХХ века (см. 30 сентября). И только тогда люди смогли вычислить абсолютные, а не относительные массы атомов и молекул.

В стакане воды молекул больше, чем звезд во всей видимой Вселенной!

10 августа
Космическая свадьба

10 августа 2003 года на Международной космической станции состоялась первая в истории «космическая свадьба».

Юрий Маленченко, командир седьмой экспедиции на МКС, познакомился с будущей женой, американкой российского происхождения Екатериной Дмитриевой, в Хьюстоне, где проходил тренировки. Предложение невесте российский космонавт сделал за четыре месяца до полета, назначенного на апрель 2003-го. Свадьбу решили провести в августе, после возвращения Юрия на Землю. Однако, уже находясь на борту МКС, космонавты получили уведомление о продлении их космической командировки до конца октября. Но Маленченко решил не тянуть с женитьбой, о чем уведомил ЦУПы России и США. По законам штата Техас регистрация брака допустима в случае отсутствия жениха по уважительной причине. Руководство НАСА пошло даже на то, чтобы провести церемонию регистрации брака в своем ЦУПе. А вот в России намерение Юрия не одобрили, хотя препятствовать не стали. И свадьба состоялась в космосе. 10 августа 2003 года жених и невеста, глядя друг на друга через экраны мониторов, сами надели себе обручальные кольца (разбросанные на золоте драгоценные камни изображают все планеты Солнечной системы, а также Солнце и саму МКС). Свидетелем со стороны жениха стал коллега по экипажу. Обручальное кольцо для жениха и галстуки-бабочки для него и свидетеля были доставлены на орбиту в посылке грузовым кораблем «Прогресс». Марш Мендельсона на синтезаторе исполнил свидетель.

– Милый, после свадьбы я буду делить с тобой все горести и заботы.

– Но у меня нет горестей и забот.

– Я же говорю: после свадьбы.

11 августа
Загадочные спутники Марса

11 августа 1877 года американский астроном Асаф Холл открыл спутники Марса – Фобос и Деймос.

За 150 лет до их официального открытия Джонатан Свифт в «Путешествиях Гулливера» упоминает о двух крошечных марсианских спутниках с периодами обращения 10 и 21,5 часов. Астрономы искали спутники долго, но безуспешно (уж больно они оказались малы). Асаф Холл открыл их во время великого противостояния, когда расстояние между Марсом и Землей особенно мало, на телескопе Вашингтонской обсерватории, который был тогда сильнейшим инструментом в мире. Холл дал им имена Фобос и Деймос – страх и ужас: так звались в греческой мифологии сыновья бога войны Марса. Период обращения Фобоса 7 ч 39 мин, Деймоса – 30 ч 18 мин. Эти числа не слишком отличаются от периодов обращения спутников, выдуманных Свифтом. Удивительное совпадение, не правда ли?

Фобос обращается вокруг Марса быстрее, чем вращается сама планета. С точки зрения марсианина, Фобос восходит не на востоке, а на западе, и быстро движется навстречу суточному обращению небесного свода. При этом он меняет свой вид – от узкого серпика до «полнолуния». Фобос находится очень близко к поверхности Марса – на расстоянии всего 6000 км. Его движение тормозится разреженной марсианской атмосферой, и через 50 млн лет он упадет на Марс. Деймос находится примерно в 4 раза дальше и, наоборот, постепенно удаляется от Марса. Оба спутника имеют неправильную форму. Размеры Фобоса 26 на 18 км, Деймоса – 16 на 10 км. Об этом мы впервые узнали благодаря снимкам, переданным на Землю американским аппаратом «Маринер-9».

12 августа
«Звездные дожди»

12–13 августа – пик ежегодного метеорного потока «Персеиды». Это один из красивейших и стабильных потоков с максимальной интенсивностью от 50 до 100 метеоров в час.

Иногда на небе происходят настоящие звездопады. Метеоры словно бы вылетают из одной точки на небе. Эту точку назвали радиантом, а множество метеоров, которые кажутся исходящими из этой точки, – метеорным потоком. Потоки называют по имени созвездия, в котором находится радиант: дракониды, лириды, ориониды… Некоторые потоки дают ежегодные «дожди», другие – повторяющиеся изредка. Почему возникают метеорные потоки? Земля, двигаясь вокруг Солнца, пересекает различные метеорные рои. Эти рои движутся по орбитам, по которым раньше двигались исчезнувшие кометы. Кометные ядра постепенно разрушились, и их кусочки растянулись вдоль кометной орбиты, образуя что-то вроде пылевого бублика. Когда Земля пересекает «бублик», кометные частицы влетают в атмосферу и сгорают на высоте 80–130 км, оставляя светящиеся следы. Ровно через год, когда Земля возвращается в ту же точку своей орбиты, «звездный дождь» повторяется. Метеоры потока влетают в земную атмосферу по параллельным траекториям, а в перспективе мы видим их как бы исходящими из одной точки на небе.

Макса Борна, будущего знаменитого физика, спросили на экзамене по астрономии: «Что вы делаете, когда видите падающую звезду?» Борн знал, что надо ответить: «Я смотрю на часы, определяю созвездие, из которого она появилась, и вычисляю приблизительную траекторию». Но не удержался и сказал: «Загадываю желание».

13 августа
Двигатель на антивеществе?

В 1928 году Поль Дирак предположил существование антивещества (см. 1 февраля), и его догадка блестяще подтвердилась. Антипротон вместе с позитроном могут образовать антиатом водорода, и такие антиатомы действительно удалось получить в 1998 году. В принципе возможно существование антивещества, состоящего из антиатомов любых химических элементов. Наиболее сложной формой антивещества, полученной в лабораторных условиях, являются антиядра трития и гелия-3.

При встрече частицы с античастицей происходит их аннигиляция (исчезновение). При этом вся масса полностью преобразуется в энергию излучения. Ни один другой процесс не может высвободить столько энергии! Даже при взрыве термоядерных бомб в энергию превращается лишь доля процента полной массы. Если бы удалось сделать антиматерию топливом, то ее небольшого количества (размером с таблетку аспирина) было бы достаточно для обеспечения энергией космического корабля на протяжении сотен лет! А одного миллиграмма антивещества хватило бы для полета на Марс. Проблема в том, что антиматерии в готовом виде в нашей части Вселенной не существует. А для ее синтеза в лаборатории требуется затратить куда больше энергии, чем можно затем получить путем аннигиляции. Еще более сложная проблема – хранение антивещества, ведь оно аннигилирует при любом контакте с обычной материей. Это значит, что мы не полетим на ракетах, использующих подобные типы двигателей, в обозримом будущем.

В Е вропейском центре ядерных исследований удалось получить и удержать 38 атомов антиводорода в течение 0,2 с.

14 августа
История одного открытия

14 августа 1777 года родился датский физик Ганс Христиан Эрстед (ум. 1851).

Профессор Копенгагенского университета Эрстед занимался и медициной, и химией, и физикой. Открытие, прославившее его имя, произошло в начале 1820 года, как говорят, случайно. Эрстед на лекции демонстрировал нагрев проволоки электрическим током. Рядом с проволокой, подключенной к «вольтовому столбу», на столе оказался компас. Во время демонстрации кто-то из студентов заметил, что при замыкании цепи магнитная стрелка компаса отклонилась. Для профессора это явление было неожиданным, хотя еще за несколько лет до этого Эрстед сформулировал цель: «Испробовать, не производит ли электричество… каких-либо действий на магнит». Вы можете удивиться, почему же он не попытался раньше поставить такой простой опыт с электрической цепью и компасом? Но не забывайте: само понятие электрического тока тогда еще не сформировалось. Напряжение, ток – все смешивалось в расплывчатом понятии «электричество». Уже после открытия Эрстеда Ампер введет понятие силы тока.

Итак, после этой судьбоносной лекции Эрстед подробно исследовал и описал обнаруженное явление. Правда, объяснение, предложенное Эрстедом, оказалось ошибочным. Зато каким мощным толчком послужило это открытие для становления и развития электродинамики! Впервые «пала стена» между двумя, казалось бы, не связанными друг с другом силами природы – электрической и магнитной. И новые открытия не заставили себя ждать (см. 24 сентября).

В честь Эрстеда названа единица измерения напряженности магнитного поля.

15 августа
Волны де Бройля

15 августа 1892 года родился Луи де Бройль, французский физик, лауреат Нобелевской премии 1929 года «за открытие волновой природы электронов» (ум. 1987).

Потомственный аристократ Луи де Бройль изучал в Сорбонне историю. Но, получив диплом бакалавра истории, он осознал, что физика его занимает гораздо больше, и через четыре года стал бакалавром точных наук. Он был заинтригован «новорожденной» квантовой теорией света и решил «посвятить все силы выяснению истинной природы таинственных квантов». Благим порывам помешала мировая война. Вернуться к науке ему удалось лишь в 1920 году, после службы в армии.

Де Бройлю уже минуло тридцать, когда его имя привлекло всеобщее внимание. В 1923 году он выдвинул «безумную» идею: если свет проявляет свойства не только волны, но и частицы, то почему такой же дуализм не может быть присущ частицам вещества? Итак, он «наделил» материальные частицы свойствами волн: «Электрон не может рассматриваться как простая крупинка электричества; с ним следует связывать волну». Многие коллеги сначала отнеслись к этой идее скептически, даже Шредингер, будущий создатель волновой квантовой механики! Эйнштейн был первым из крупных физиков, который поддержал идею де Бройля. Он написал Максу Борну о диссертации де Бройля: «Ты должен ее прочитать; даже если она выглядит безумной, она все же совершенно самобытна». Всего через три года была обнаружена дифракция электронов, подтвердившая правоту де Бройля (см. 6 января).

Вы можете познакомиться с историей становления квантовой физики, прочитав популярную книгу де Бройля «Революция в физике».

16 августа
Загадка злаковых кругов

В августе 1980 года внимание исследователей привлекли таинственные круги на злаковых полях в Уилтшире, в Англии.

Сначала на овсяном поле заметили три круга диаметром около 18 метров каждый с резко очерченными краями, как будто их вырезали ножом. Внутри каждого круга примятые стебли овса образовывали спираль в направлении от центра. Вскоре стали поступать сообщения о кругах из разных стран и даже континентов. В ряде случаев очевидцам даже удалось наблюдать их появление. Круги возникали буквально за несколько секунд – свидетели ощущали лишь порывы ветра, а иногда слышали жужжание и звон в ушах. Один раз момент появления кругов удалось заснять на любительскую видеокамеру. Кстати, сказки, легенды и даже гравюры на дереве свидетельствуют, что еще в XVI веке крестьяне встречали странные круги на полях – их называли «ведьмиными кругами».

Проще всего было бы объявить все это мистификацией, проделками шутников. Но, внимательно изучив круги, ученые обнаружили ряд аномалий, подделать которые невозможно. «Какой бы ни была сила, создающая круги, она физически изменяет ткани полегших растений. Стебли зачастую изгибаются на 90 градусов, не переламываясь, как будто что-то размягчает их. Это особенно заметно у рапса: его жесткие стебли невозможно пригнуть, не сломав», – записано в одном из отчетов. Более того, согнутые злаки продолжают расти, лежа на земле, но никогда не созревают. Они даже «молодеют» и к осени приобретают ярко-зеленую окраску, резко выделяясь на фоне пожелтевших полей. Будем ждать разгадки этого явления.

17 августа
Как работает ледокол

17 августа 1977 года атомный ледокол «Арктика» первым среди надводных морских судов достиг Северного полюса.

Первый ледокол появился в 1864 году, когда родилась смелая идея подрезать носовую часть парохода таким образом, чтобы судно могло вползать на лед и давить его своей тяжестью. Именно так ледоколы пробиваются сквозь льды. Они вовсе не разрезают лед на ходу напором заостренной носовой части. Так действовали ледорезы – их предшественники. Но они справлялись лишь с тонким льдом. В Арктике, где толщина льда достигает 1–2 метра, а то и больше, ледорезы не могли продвигаться.

Ледокол разрушает лед давлением, а не резанием. С полного хода он взбирается на льдину (для этого и скашивается носовая подводная часть). Лишившись выталкивающей архимедовой силы, нос корабля приобретает свой полный вес и проламывает лед. Для крушения более толстого льда корабль отступает назад и налетает на максимальной скорости на кромку – при этом действует не только вес, но и кинетическая энергия корабля. Если лед не поддается объединенным усилиям скорости и веса, то носовые балластные цистерны заполняются водой, и вес носовой части ледокола искусственно увеличивается. Если не помогает и это, ледокол выкачивает воду из носовых цистерн и заполняет кормовые, чтобы быстрее сойти на чистую воду и повторить атаку на лед. И так до полной победы!

Крупнейшим ледоколом мира сегодня является наш атомоход «Арктика» – улучшенный вариант своего тезки, достигшего Северного полюса в 1977 году.

С 1989 года атомные ледоколы возят туристов на Северный полюс. Цена билета 25 тысяч долларов.

18 августа
Гелий

18 августа 1869 года в день полного солнечного затмения французский астроном Жансен обнаружил в спектре солнечной короны яркую желтую линию, принадлежавшую неизвестному химическому элементу.

Этот элемент назвали гелием (от греческого «гелиос» – Солнце). В течение четверти века после открытия никому не удавалось найти гелий на Земле. Только в 1895 году сэр Уильям Рамзай обнаружил в спектре газов, выделяющихся при нагревании минерала уранита, ту же самую желтую линию гелия. Выяснилось, что все минералы, содержащие уран и торий, выделяют в небольших количествах гелий. Имеется гелий и в земной атмосфере, но в ничтожных количествах. Его получают из природного и нефтяного газов.

Гелий относится к инертным (благородным) газам. Из-за малой распространенности на Земле он очень дорог, но благодаря своим уникальным свойствам необходим в науке и технике. В жидком гелии открыли явление сверхтекучести (см. 9 декабря), а твердый гелий продемонстрировал удивительные свойства квантовых кристаллов. Жидкий гелий необходим для охлаждения сверхпроводников, газообразный – для воздухоплавающих судов и глубоководных батискафов (он почти столь же легок, как и водород, но, в отличие от водорода, не взрывоопасен).

Будучи столь редким на Земле, гелий является вторым (после водорода) по распространенности элементом во Вселенной.

Англичанин Дж. Локьер открыл гелий 20 октября того же 1869 года. Письма обоих ученых пришли в Париж в один день и были зачитаны на заседании Парижской Академии 26 октября с интервалом в несколько минут. В честь этого события выбита золотая медаль.

19 августа
Собаки-космонавты

19 августа 1960 года в СССР был выведен на орбиту космический корабль с собаками Белка и Стрелка на борту. Это был первый в истории полет в космос живых существ с возвращением на Землю.

В начале 1960-х не было в мире более популярных собак, чем советские дворняги Белка и Стрелка – первые космонавты, слетавшие в космос и вернувшиеся домой. Но никто в те времена не знал: для того, чтобы этот полет удался, было загублено 18 собачьих жизней. Первых собак – кандидатов на полеты в космос – набирали в подворотнях. Отбирали «объекты» посимпатичнее, ведь им, возможно, придется красоваться на страницах газет. Всего с 1951-го по 1962-й состоялось 29 собачьих полетов в стратосферу. Восемь из них закончились трагически. Собаки гибли от разгерметизации кабины, отказа парашютной системы, неполадок в системе жизнеобеспечения. Первой «рассекреченной» собакой стала дворняга Лайка, запущенная в космос 3 ноября 1957 года. Официально было объявлено о запуске второго искусственного спутника Земли с собакой на борту. Но возвращать корабль из космического полета тогда еще не умели, и все причастные к эксперименту знали, что Лайка получила «билет в один конец». Она прожила на орбите лишь несколько часов и погибла от перегрева кабины. Лишь в начале 1960-го был готов возвращаемый корабль. При первом старте собаки погибли. Их дублеры Белка и Стрелка удачно слетали на следующем корабле (в компании сорока мышей, двух крыс, нескольких мух, растений и микроорганизмов) и стали знаменитыми. После еще двух успешных полетов собак настала очередь человека.

20 августа
Я к Вам пишу…

20 августа 1977 года стартовал «Вояджер-2», американский космический аппарат для исследований дальних планет Солнечной системы.

Два аппараты «Вояджер» уже покинули пределы Солнечной системы. Скорее всего, они, как пылинки, затеряются в межзвездном пространстве. Но кто знает… «На всякий пожарный» к борту каждого «Вояджера» прикрепили круглую алюминиевую коробку и положили туда позолоченный видеодиск. На 115 слайдах собраны важнейшие научные данные, виды Земли, различные ландшафты, сцены из жизни животных и людей, их анатомическое строение и биохимическая структура, включая молекулу ДНК. На диске записаны и звуки: шепот матери и плач ребенка, голоса птиц и зверей, шум ветра и дождя, шуршание песка и океанский прибой. Человеческая речь представлена короткими приветствиями на 58 языках народов мира. По-русски сказано: «Здравствуйте, приветствую вас!». Еще записаны произведения Баха, Моцарта, Бетховена, джазовые композиции и народная музыка многих стран. Записано и обращение тогдашнего президента США Картера. «…Это – подарок от маленького далекого мира: наши звуки, наша наука, наши изображения, наша музыка, наши мысли и чувства. Мы пытаемся выжить в наше время, чтобы жить и в вашем. <…> Эти записи представляют наши надежды, нашу решимость и нашу добрую волю в этой Вселенной, огромной и внушающей благоговение».

А 19 января 2006 года начал сверхдальнее космическое путешествие еще один американский аппарат – «Новые горизонты». Как и «Вояджеры», он уже вышел в межзвездное пространство и несет к далеким звездам наше послание.

21 августа
Чем опасно глобальное потепление

21 августа 1981 года ученые впервые сообщили об угрозе глобального потепления на Земле.

За последнее столетие наша планета разогрелась в среднем на один градус. Казалось бы, пустяк? Но если вся толща океана нагреется на градус, то только из-за теплового расширения уровень Мирового океана поднимется на полметра. Это же означает затопление многих территорий! Хорошо, что пока нагрелся только поверхностный слой океана, но это вопрос времени. А полярные и горные ледники уже начали таять. Из-за роста температуры поверхности океана тропические циклоны стали сильней. Они приносят наводнения в одни районы и засухи в другие.

С чем связано это потепление? Есть причины, от нас не зависящие – циклы изменения Солнечной активности и интенсивности космического галактического излучения, вулканическая активность Земли. Но и человечество виновато – заводские трубы, тепловые электростанции, автомобильные выхлопы выбрасывают за год в атмосферу около 22 миллиардов тонн углекислого газа и других парниковых газов, а также много сажи. Из-за загрязнения воздуха на Земле становится не только теплее, но и темнее, число ясных солнечных дней уменьшается. Ученые считают, что свидетельств того, что глобальное потепление действительно идет и его необходимо остановить, уже вполне достаточно. Прежде всего, необходимо сократить промышленные выбросы в атмосферу (см. 16 февраля).

Согласно отдельным исследованиям, современный уровень углекислого газа в атмосфере является максимальным за последние 800 тыс. лет и, возможно, за последние 20 млн лет.