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

4 сентября
«Титаник» на дне

4 сентября 1985 года франко-американская экспедиция впервые сфотографировала обломки «Титаника» на дне Атлантического океана с помощью подводного видеоробота.

«Титаник» затонул, столкнувшись с дрейфующим айсбергом, в морозную ночь с 14 на 15 апреля 1912 года в Северной Атлантике. Останки его искали долго и безуспешно, и только в 1985 году удалось с помощью гидролокатора обнаружить на глубине 3800 метров его корпус. Водолазы на такой глубине работать не могут. Выручил специальный робот: он помог ученым заглянуть в некоторые помещения затонувшего гиганта. Вскоре за обследование «Титаника» взялась французская научно-исследовательская подводная лодка «Наутилус». Телеуправляемый робот сделал тысячи фотографий, снял кино– и видеофильмы, извлек из кают некоторые предметы.

А в 1995–1996 годах режиссер Голливуда Дж. Камерон снял знаменитый игровой фильм «Титаник», благодаря которому миллионы людей «побывали» на легендарном гиганте. В этом фильме снимались российский научный корабль «Мстислав Келдыш» и его два уникальных глубоководных аппарата «Мир». Помните, как в начале фильма ученые спускались на дно Атлантического океана? Это были наши «Миры». Они отличаются от батискафов тем, что в них человек может не только погружаться на очень большую глубину, но еще и работать там. «Мирам» доступны 98 % дна мирового океана! Три иллюминатора и мощное забортное освещение позволяют видеть в вечной тьме. Руки-манипуляторы пригодны для сбора образцов и технических работ. Фильм «Титаник» принес мировую славу не только Леонардо ди Каприо, но и нашим «Мирам».

5 сентября
Людвиг Больцман – страстный атомист

5 сентября 1906 года Людвиг Больцман (р. 1844), австрийский физик, один из основателей статистической физики и физической кинетики, покончил с собой.

«То, на что жалуется поэт, верно и для теоретика: творения его написаны кровью его сердца, и высшая мудрость граничит с высшим безумием», – писал Людвиг Больцман. Нам сегодня кажется, что гипотеза об атомах (см. 6 сентября) к концу XIX века уже была общепризнана. Между тем в то время вокруг нее вовсю кипели страсти. А Людвиг Больцман был человеком страстным и восторженным. В науке для Больцмана компромиссов не существовало. В университетах, где он работал, Больцман быстро приобретал репутацию человека с трудным характером, поэтому семья его часто переезжала. И везде он вел изматывающую борьбу за атомистику. В 1898 году Больцман писал: «Большой трагедией для науки будет, если хотя бы на время теория газов окажется позабытой из-за того враждебного отношения к ней, которое воцарилось в данный момент. Я сознаю, что сейчас являюсь единственным, кто пытается плыть против течения…» Студенты со всех концов мира приезжали к нему. Он ведь и преподавал со страстью. Прежде чем начать лекцию, Больцман несколько секунд молчал. И вдруг в тишине раздавались слова, похожие на молитву: «Простите меня, если прежде чем приступить к чтению лекций, я буду вас просить кое-что для себя лично, что мне важнее всего, – ваше доверие, ваше расположение, вашу любовь, одним словом, самое большое, что вы способны дать, – вас самих…» И начинал читать лекцию.

6 сентября
«Второе рождение» атома

6 сентября 1766 года родился Джон Дальтон, английский физик и химик (ум. 1844).

Удивительна судьба атомистической гипотезы! Представление о неделимых атомах родилось у Демокрита (460–371 до н. э.). Но вскоре после его смерти гипотеза была раздавлена Артистотелем, который полагал, что первооснову мира составляет непрерывная материя. Впоследствии Католическая церковь превратила учение Аристотеля в догму, противников же вынуждала к отречению от своих взглядов, а сочинения их сжигала. В начале XVII века группа французских ученых решила организовать в Париже публичный диспут и реабилитировать атомистическую гипотезу. Но французский парламент подавил эту инициативу и запретил распространение учения об атомах под страхом смертной казни! Да, непросто жилось в то время ученым. В XVIII веке учение о мельчайших частицах вещества поддержал Михаил Ломоносов, а французский химик Лавуазье впервые разделил все вещества на химические элементы (атомы) и химические соединения (молекулы). Но в наибольшей степени «вторым рождением» атомов мы обязаны Джону Дальтону. Ему принадлежит догадка, что атомы разных химических элементов имеют разные массы. А сравнить массы элементов друг с другом можно, определив, при каких весовых отношениях их химическая реакция протекает без остатка. Он составил целую таблицу относительных атомных масс, приняв за единицу массу атома водорода. Так впервые человек смог измерить невидимое! Но до окончательной победы атомизма в науке было еще очень и очень далеко (см. 30 сентября).

Демокрит считал, что разум у человека живет в груди.

7 сентября
«Хозяйственный» Милликен

В сентябре 1909 года американский физик Роберт Милликен (1869–1953) сообщил о первых результатах измерения заряда электрона. В 1923 году он получил Нобелевскую премию за измерение заряда электрона и работы в области фотоэффекта.

Измерить заряд электрона, открытого Томсонов в 1897 году, не удавалось в течение 10 лет. Милликен определил заряд электрона, наблюдая движение в электрическом поле мельчайших ионизированных капелек масла. Он рассказывал: «Для этого требовалось лишь заставить исследуемую каплю проделать большую серию перемещений вверх и вниз, точно измерив время, потраченное ею на каждое перемещение, а затем высчитать наименьшее общее кратное довольно большой серии скоростей. Чтобы получить необходимые данные по одной отдельной капле, иногда требовалось несколько часов. Однажды г-жа Милликен и я пригласили к обеду гостей. Когда пробило шесть часов, у меня была всего лишь половина необходимых мне данных. Поэтому я вынужден был позвонить г-же Милликен и сказать, что уже в течение полутора часов наблюдаю за ионом и должен закончить работу. Позднее гости осыпали меня комплиментами по поводу моего пристрастия к домашнему хозяйству, потому что, как они объясняли, г-жа Милликен сообщила им, что я в течение полутора часов стирал и гладил и должен был закончить работу» (“наблюдал за ионом” и “стирал и гладил” по-английски звучат почти одинаково – “watched an ion” и “washed and ironed”). Точность измерения заряда электрона, достигнутая Милликеном, оставалась непревзойденной более 70 лет.

8 сентября
Загадки Магеллановых Облаков

8 сентября 1522 года в испанский порт Севилья вернулся единственный уцелевший корабль из эскадры Магеллана, которая тремя годами ранее отправилась в кругосветное путешествие.

Среди 18 вернувшихся членов эскадры был Антонио Пифагетта, знаток математики и морского дела. От него-то европейцы и узнали о двух светящихся «лохматых» туманностях на небе южного полушария. Ничего похожего на северном небе не наблюдается. В память погибшего Магеллана их назвали Магеллановыми Облаками. Больше всего они похожи на оторвавшиеся куски Млечного Пути. Магеллановы Облака – маленькие неправильные галактики, наши ближайшие соседи. Большое Облако находится в 160 тыс. световых годах от нас, диаметром оно в 20 раз меньше нашей Галактики. Малое расположено чуть дальше. Астрономы открыли в Облаках много диковинного. Так, в Большом Облаке есть огромная газовая туманность под названием Тарантул, из ее вещества можно было бы изготовить 5 миллионов Солнц.

А в 2007-м Магеллановы Облака снова стали одной из главных сенсаций года. Дело в том, что их всегда считали спутниками нашей Галактики – это во всех учебниках астрономии было написано. Но когда ученые вычислили скорости этих галактик (помогли снимки, полученные космическим телескопом «Хаббл»), то результат их поразил: эти скорости так велики, что Облака не могут быть спутниками Галактики. Проанализировав расположение в Облаках молодых и старых звезд, ученые пришли к выводу, что Малое и Большое Облака в прошлом сталкивались друг с другом, а к нашей Галактике временно «примкнули» примерно три миллиарда лет назад.

9 сентября
Как поймать солнечный ветер

9 сентября 2004 года при посадке в пустыне Юта разбился спускаемый аппарат зонда «Генезис». На его борту находилось несколько миллиграммов вещества, из которого состоит солнечный ветер.

Так называют поток плазмы, постоянно истекающей с солнечной поверхности в межпланетное пространство. Эта плазма очень разреженная: в районе Земной орбиты в кубическом сантиметре содержится примерно 8 частиц: протоны, ядра гелия и электроны. Они летят со скоростями 300–400 км/c. А рекордная скорость солнечного ветра, зарегистрированная во время солнечных вспышек, более 2000 км/с. Попадая в магнитное поле Земли и других планет, солнечный ветер порождает полярные сияния и радиационные пояса (см. 31 января).

В 2001 году американский исследовательский зонд «Генезис» отправился в космос, чтобы в специальные ловушки собрать частицы солнечного ветра. Три года зонд работал «без сучка и без задоринки», выдержав беспрецедентно мощные вспышки на Солнце. А возвращение его на Землю из ожидавшегося триумфа превратилось в трагедию. Его спускаемый аппарат предполагалось еще в воздухе, после раскрытия парашюта, «подхватить» специальным вертолетом. Но парашют не раскрылся, и аппарат на полной скорости врезался в землю. Сначала все думали, что бесценный научный материал погиб. Но собрав все осколки ловушек солнечного ветра (хоть они и разбились при ударе на множество кусочков), ученые все же спасли крохи драгоценного материала, чтобы извлечь из них полезную информацию. Этот материал поможет уточнить возраст Галактики и то, как формировались планеты Солнечной системы.

10 сентября
Эффект Комптона

10 сентября 1892 года родился Артур Комптон, лауреат Нобелевской премии по физике «за открытие эффекта, названного его именем» (ум. 1962).

В 1922 году молодой американский физик Артур Комптон выполнил свои самые знаменитые эксперименты. Пучок рентгеновских лучей он направлял на кристалл, после чего измерял длины волн лучей, рассеянных под разными углами. С точки зрения классической теории, длина волны не должна была измениться при отражении, однако она увеличивалась! Комптон объяснил это с помощью гипотезы о квантах света – той самой гипотезы, которая позволила Эйнштейну объяснить законы фотоэффекта. Рентгеновские кванты, словно мячики, налетают на электроны в кристалле. Часть своей энергии кванты отдают электронам, из-за чего энергия квантов уменьшается, а длина волны увеличивается. Это простое и наглядное объяснение «эффекта Комптона» еще раз подтвердило гипотезу о квантах излучения. Кстати, именно Комптон предложил назвать частицу света «фотоном».

Комптон прибыл в Мехико с аппаратурой для регистрации космических лучей. Ящики на вид все были одинаковые, хотя два из них были легкие, а остальные нагружены свинцовыми кирпичами. Носильщики заломили огромную цену. Тогда Комптон, подхватив два легких ящика, бодро зашагал по перрону. Пристыженные носильщики, с трудом поднимая вдвоем один ящик, поплелись следом. После этого случая о Комптоне пошла слава как о настоящем Геркулесе. Но это еще не конец истории. После осмотра багажа, состоящего «из двух круглых черных бомб» и кучи свинца (для литья пуль?), Комптон был арестован.

11 сентября
Мобильный телефон и здоровье

11 сентября 1946 года состоялся первый успешный сеанс мобильной телефонной связи.

Вот краткие вехи истории мобильной связи. Первые «мобильники» конца 1940-х едва помещались в багажнике автомобиля. Первый аппарат, который можно было держать в руках (он весил чуть больше килограмма), был сделан в 1973 году. Через 10 лет на рынке появился первый коммерческий сотовый телефон. К 2009 году число абонентов превысило 3,5 миллиарда.

Больной вопрос: как мобильный телефон влияет на здоровье? Ведь его антенна излучает электромагнитные волны высокой частоты, которые, поглощаясь, нагревают организм (подобно микроволновой печи). Особенно достается тканям головы, если мы прижимаем аппарат к уху. Вы замечали, как нагревается ухо после продолжительного разговора? Чем выше частота, на которой работает телефон, тем эффект нагрева сильнее. Реакция организма на постоянное воздействие такого излучения может проявиться спустя годы. Не исключено, что это излучение может послужить пусковым механизмом начала развития опухолей. О влиянии мобильного телефона на иммунную систему человека пока ведутся споры. Но вот факт проверенный: когда в клетку к мышам поместили мобильный телефон, у них начал постепенно снижаться иммунитет, мышки стали худеть и чахнуть. Что же делать, ведь мобильный телефон уже «врос» в нашу жизнь? Прежде всего, использовать гарнитуру (наушники с микрофоном) при всех разговорах длительностью больше минуты. И не стоит разговаривать в машине – излучение отражается от металлического кузова и значительно усиливается его вредное влияние.

12 сентября
Из чертежников – в астрономы

12 сентября 1758 года Шарль Мессье открыл Крабовидную туманность и начал составлять первый каталог туманностей.

До наших дней дошло старинное увлечение – «ловля» комет (то есть разыскивание их на небе). Часто занимаются этим астрономы-любители. Первым за ловлю комет всерьез взялся молодой парижский чертежник Шарль Мессье. Правда, чертежником он работал не где-нибудь, а у знаменитого астронома Делиля. В его обсерватории Шарль научился вести астрономические наблюдения, а свой научный кругозор он расширял, посещая публичные лекции по физике. Его главному увлечению – поиску комет – мешали маленькие туманные пятнышки, встречавшиеся на небе то там, то сям. И Мессье начал вести специальный каталог таких «помех», и первым номером в нем (М1) стала заново открытая им Крабовидная туманность в созвездии Тельца. За 25 лет «охоты» он внес в свой каталог более ста туманностей, из которых 60 он открыл сам. Этот каталог трижды издавался при его жизни и принес ему европейскую известность.

Истинная природа туманностей долго еще оставалась неизвестной. Большинство из них, как выяснилось уже в ХХ веке, являются галактиками, подобными нашей; другие – светящимися газовыми облаками или звездными скоплениями.

Мессье продолжал «ловить» кометы до конца жизни. Когда ему был 71 год, он открыл свою последнюю, 19-ю по счету комету. За свои заслуги в астрономии Шарль Мессье был награжден орденом Почетного легиона, избран в члены Парижской и многих других научных академий. Каталог Мессье продолжают вести современные астрономы.

13 сентября
Бионика: учимся у природы

13 сентября 1960 года – день рождения бионики. Этот термин впервые прозвучал на американском национальном симпозиуме «Живые прототипы – ключ к новой технике».

Природа и люди строят по одним и тем же законам. Так почему бы нам не поучиться у мудрой природы? Бионика возникла на стыке биологии и инженерного искусства. Слово новое, а идея очень старая – еще Леонардо да Винчи пытался «позаимствовать» у птиц конструкцию летательного аппарата с машущими крыльями. Часто бывало и так: инженеры после долгих поисков находили свои решения, а потом оказывалось, что их идеи давно реализованы в природе. Современные высотные сооружения построены по тем же законам, что и стебли злаков. А конструкция Эйфелевой башни в точности повторяет строение большой берцовой кости человека – совпадают даже углы между несущими элементами. Или пример из истории авиации. Долгое время серьезной проблемой был флаттер – внезапно возникающие на определенной скорости вибрации крыльев, из-за которых самолет разваливался в воздухе за несколько секунд. После многочисленных аварий конструкторы нашли выход: крылья стали делать с утолщением на конце. Аналогичные утолщения были затем обнаружены на концах крыльев стрекозы. У глубоководных моллюсков инженеры позаимствовали идею слоистых конструкций: прочные ракушки моллюсков состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок; когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше. Бионика подтверждает: большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой.

14 сентября
Рябь на ткани пространства

14 сентября 2015 года впервые были детектированы гравитационные волны.

Не часто в науке случаются открытия, которые ждали своего часа целых сто лет! Общая теория относительности, завершенная Эйнштейном к 1915–1916 гг. (см. 11 мая), предсказала существование гравитационных волн, подобных ряби на ткани пространства, создаваемой при движении массивных тел. «Охота на волны» началась в 1970-е годы. Идея детектирования такова: отслеживается расстояние между двумя не связанными друг с другом подвешенными зеркалами. Из-за колебаний пространства, вызванных гравитационной волной, это расстояние тоже колеблется, что может почувствовать лазерный луч благодаря явлению интерференции. Заметить смещение зеркал на расстояние порядка атомного – не проблема, но для детектирования ожидаемой гравитационной волны требуется зафиксировать смещение на тысячные доли размера атомного ядра! Фантастическая точность! И вот американский проект LIGO, включающий два идентичных детектора, отстоящих друг от друга на 3 тысячи км, впервые зафиксировал гравитационный сигнал из космоса! Наличие двух детекторов позволяет исключить случайный сигнал. А по разности прихода сигнала к детекторам можно определить, из какой части неба он пришел. Как выяснилось, это был гравитационный всплеск от слияния двух черных дыр в далекой галактике на расстоянии около 1,3 млрд световых лет. Такие события – большая редкость (ожидаемая частота в отдельной галактике – раз в тысячи лет). Конечно, если бы такое событие произошло в нашей Галактике, было бы гораздо проще его зафиксировать.

15 сентября
«Три кварка для мистера Марка»

15 сентября 1929 года родился американский физик Гелл-Манн, автор теории кварков, Нобелевский лауреат.

Благодаря современным ускорителям открыто более 300 элементарных частиц. Невозможно представить, чтобы все они были первичными кирпичиками материи! В 1964 году Гелл-Манн и, независимо от него, Дж. Цвейг предположили, что большинство этих частиц построены из двух или трех точечных фундаментальных частиц, названных кварками. Последующие исследования подтвердили правильность этой гипотезы. Правда, к 1995 году число кварков пришлось увеличить до шести (см. 10 ноября). Каждому кварку соответствует свой антикварк. Но хотя частицы и состоят из кварков, выбить эти кварки из них невозможно, они намертво «заключены» внутри частиц. Сталкивая на ускорителях частицы с огромными энергиями, мы не выбиваем из них кварки, а рождаем все новые и новые частицы.

Все кварки имеют дробные электрические заряды: +2/3 и –1/3 (в долях элементарного заряда). Протон и нейтрон, входящие в состав атомных ядер, состоят из самых легких кварков: u (от англ. up – верхний) с зарядом +2/3 и d (от англ. down – нижний) с зарядом –1/3. Кварковый состав протона uud (просуммируйте заряды этих кварков). Угадайте, а каков кварковый состав нейтрона?

Интересно, что необычное слово «кварк» имеет литературное происхождение. Это слово Гелл-Манн нашел в фантастическом романе Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану». Герой романа видит сон, в котором чайки кричат загадочные слова: «Три кварка для мистера Марка!» Таинственность слова вполне отвечает загадочной природе кварков.

16 сентября
«Осторожно! Немецкий воздух!»

16 сентября 1804 года французский физик и химик Жозеф Луи Гей-Люссак (1778–1850) совершил полет на воздушном шаре с научной целью, поднявшись на высоту 7 км.

Гей-Люссак был не просто кабинетным ученым. 26-летний Жозеф-Луи совершил два полета на воздушном шаре. Он обнаружил, что на высоте 7 км интенсивность земного магнетизма заметно не изменяется, и установил, что воздух имеет тот же состав, что и у поверхности Земли.

А вам имя Гей-Люссака наверняка знакомо по одному из законов школьной физики: объем газа при постоянном давлении пропорционален его абсолютной температуре. Когда в 1802 году Гей-Люссак проводил в Париже свои знаменитые опыты по тепловому расширению газов, ему были нужны стеклянные трубки, которые тогда вырабатывались стеклодувами только в Германии. Когда ученый их выписал, французские таможенники наложили такую высокую пошлину, что он не мог выкупить посылку. Об этом узнал его коллега Александр Гумбольд и решил помочь Гей-Люссаку. Он посоветовал отправителям запаять концы трубок и наклеить на них этикетки: «Осторожно! Немецкий воздух!» Воздух? Таможенного тарифа на воздух не существовало, и на этот раз трубки дошли до французского ученого без всяких пошлин.

Гей-Люссак во время одного из своих химических опытов лишился глаза. Как-то раз епископ Сиезский, самонадеянный богослов, сказал ему:

– Не понимаю, как можно быть ученым, имея всего один глаз! Что можно увидеть одним глазом?

– Да побольше вашего, – не растерялся Гей-Люссак. – Вот, например, я вижу у вас два глаза, а вы у меня только один!