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

30 сентября
Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать

30 сентября 1870 года родился Жан Батист Перрен, французский физик, лауреат Нобелевской премии «за работу по дискретной природе материи» (ум. 1942).

В XIX веке вовсю бушевали споры: атомы – это реальность или просто удобная гипотеза, фикция? Один из главных аргументов противников атомизма: «А вы видели хотя бы один атом?» По-настоящему увидеть атомы удалось только во второй половине ХХ века с помощью электронных микроскопов. А в XIX веке все свидетельства их существования были косвенными. Между тем еще в 1827 году английский ботаник Роберт Броун сделал открытие, которому было суждено сыграть очень важную роль в победе атомизма. Наблюдая в микроскоп взвесь цветочной пыльцы в воде, он обнаружил, что частицы взвеси все время беспорядочно двигались. Понимание причин «броуновского движения» пришло лишь полвека спустя: оно вызывается толчками молекул окружающей жидкости. А теорию броуновского движения разработал Эйнштейн в 1905 году. Он дал определенные количественные предсказания, однако необходимые для их проверки эксперименты требовали настолько большой точности, что Эйнштейн сомневался в их осуществимости. Такие опыты сумел провести Жан Перрен в 1908–1913 годах. Он выполнил тончайшие наблюдения над броуновскими частицами, которые подтвердили предсказания Эйнштейна. Исследования Перрена позволили ему вычислить число Авогадро (число молекул в одном моле) и размеры молекул. И только тогда атомная теория восторжествовала.

В своей работе Эйнштейн предсказал броуновское движение, не зная, что оно давным-давно открыто!

Октябрь

1 октября
Метеоры и метеориты

1 октября 1990 года взорвался крупный метеорит над Тихим океаном. Энергия взрыва в несколько раз превышала энергию атомных взрывов в Хиросиме и Нагасаки.

Множество осколков астероидов и комет влетает в атмосферу Земли с огромными скоростями. Мелкие частицы раскаляются от трения о воздух и сгорают на высоте 80–100 км. Мы можем увидеть их на ночном небе как «падающие звезды» – метеоры. Частицы метеоритной пыли постепенно оседают на Землю – ежедневно к нам поступает порядка 100 тонн внеземного вещества! Спутники регистрируют в атмосфере около 30 ярких вспышек в год. Энергия этих вспышек сравнима с энергией ядерных взрывов, а вызваны они внедрением в атмосферу метеорных тел размером 1–3 метра. Тела массой меньше 1 тонны успевают полностью разрушиться в атмосфере, более крупные достигают поверхности Земли – их называют метеоритами. Атмосфера смягчает последствия соударения: она поглощает до 99 % первоначальной энергии «пришельцев», и лишь 1–3 % энергии выделяется при ударе. При массе более 100 тонн тело не успевает затормозиться в атмосфере и ударяется о Землю с космической скоростью, оставляя на ее поверхности взрывной кратер. Два крупнейших падения в ХХ веке произошли на территории России, оба, к счастью, в малонаселенных районах: это знаменитый Тунгусский метеорит 1908 года и Сихотэ-Алинский железный метеорит 1947 года. Всего на Земле найдено около 120 крупных метеоритных кратеров диаметром от 1 до 100 км.

Зафиксировано только два случая попадания метеоритов в людей – оба без серьезных последствий. Люди занимают не так уж много места на планете.

2 октября
С кого начинается физика?

Можно сказать, что с Архимеда (287–212 до н. э.), создателя статики как науки и первого экспериментатора.

Жизнь Архимеда тесно переплелась с легендами. Одна из них о том, как Архимед выяснил: сделана ли корона царя Гиерона из чистого золота. Для этого надо было как-то измерить объем короны. Говорят, что идея осенила Архимеда, когда он принимал ванну: можно измерить объем тела, погружая его в воду. Это был, наверное, первый физический эксперимент в истории.

Другая легенда рассказывает, что построенный по велению Гиерона огромный корабль никак не удавалось спустить на воду. Архимед соорудил систему блоков и сдвинул корабль одним движением руки, произнеся крылатые слова: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю». Инженерный гений Архимеда проявился во всем блеске во время осады Сиракуз римлянами в 212 году до н. э. По словам Плутарха, Архимед «один был душой обороны, приводил все в движение и управлял защитой». И когда предательство открыло римлянам ворота в город, он погиб как солдат под мечом римского легионера.

Популярна легенда, что Архимед с помощью системы зеркал сжег римский флот, осаждавший Сиракузы. Долгое время рассказ этот считался выдумкой. Но летом 2005 года преподаватели и студенты Массачусетского технологического института (США) провели опыт: с помощью системы зеркал они сумели спалить макет римской галеры с расстояния 50 м!

На уроке.

– Кто такой Архимед?

– Ну… это был ученый… как-то раз он мылся в ванне и закричал: «Эврика!», что значит «нашел».

– И что же он нашел?

– Не знаю… Мыло, наверное…

3 октября
Из истории видеомагнитофона

3 октября 1952 года произведена первая запись видеоизображения на магнитную ленту.

Видеомагнитофон пришел к нам с Запада, но его появлением мы обязаны русскому инженеру Александру Матвеевичу Понятову (1892–1980). Сын крестьянина Александр Понятов выучился на инженера, в первую мировую служил офицером авиации. Во время гражданской войны сражался в Белой гвардии, а затем эмигрировал в Америку. Там он основал свою фирму Ampex. Три первые буквы – его инициалы, а две последние – от английского exellence – обращение к офицеру: «Ваше превосходительство». После войны его фирма занялась разработкой аппаратуры магнитной звукозаписи и добилась успеха. Но по-настоящему ее звездным часом стало создание первого в мире видеомагнитофона. Многие крупные фирмы пытались и не смогли решить эту задачу – ведь для записи видеосигнала требуются частоты, в сотни раз превышающие частоты звукозаписи. Это значит, что магнитная лента должна двигаться очень быстро, со скоростью 50 метров в секунду! Метод видеозаписи, который изобрели инженеры Ampex, прославил на весь мир фирму и ее владельца. Вместо быстрого перемещения ленты относительно головок они заставили быстро вращаться сами головки относительно медленно движущейся видеоленты. И с 1956 года «видики» фирмы Понятова начали завоевывать мир.

Незадолго до смерти Понятов говорил своему другу:

«…Все бы передал своей стране, весь свой опыт! Но, ты же знаешь, это невозможно. Даже филиал моей фирмы в России не разрешают создать. И я страдаю…». Фирма Ampex исчезла спустя 15 лет после смерти своего создателя.

4 октября
Самые разные спутники

4 октября 1957 года в СССР произведен запуск первого искусственного спутника Земли (ИСЗ).

Сейчас на околоземной орбите работает около 2700 космических аппаратов. А за всю космическую эру на орбиту было выведено почти 8 тысяч спутников. Если изобразить каждый спутник точкой на рисунке, то Земной шар будет окружен плотным роем таких точек. Вы увидите целый «пояс» спутников в плоскости земного экватора на расстоянии 6,7 земных радиусов – это так называемые геостационарные спутники, «висящие» над одной и той же точкой земной поверхности. Исходя из назначения спутников, раньше их было принято делить на две группы: научно-исследовательские и прикладные. Сейчас в России первая группа практически исчезла. Теперь спутники определяют по другому принципу: гражданские и военные (последних и у нас, и у американцев больше). Спутники обеспечивают глобальную связь, навигацию, наблюдение за погодой, состоянием природной среды, получают информацию для сельского и лесного хозяйства, рыбного промысла и многое другое. Военные спутники ведут электронную и фоторазведки, оповещают о пусках баллистических ракет и испытаниях атомного оружия. Аппараты обеих групп выполняют и научные измерения. Спутниковые системы сегодня определяют и уровень обороноспособности страны, и ее экономический потенциал. Именно сейчас мы являемся свидетелями второй «спутниковой революции».

В околоземном космическом пространстве накопилось более семи с половиной тысяч тонн мусора: это и действующие спутники, и отработавшие свой срок аппараты или их фрагменты.

5 октября
Всемирный день учителей

Сейчас в мире почти 60 миллионов педагогов, в России – более двух миллионов (из них половина – учителя общеобразовательных школ). Педагоги – самая многочисленная группа высокопрофессиональных кадров. Профессиональный праздник учителей на международном уровне был учрежден в 1994 году. Праздник отмечают примерно в ста странах мира, но не везде 5 октября. Иногда даты выбирают в честь национальных событий или героев. Отмечают праздник тоже по-разному. В Великобритании 5 октября учителям дарят чай и устраивают чаепития в школах. Во Франции подарков учителям не дарят, но школы организуют общие чаепития, чтобы учителя и ученики общались в неформальной обстановке. В Аргентине день учителя (11 сентября) – национальный праздник, общий выходной. А в США это не день, а целая неделя в апреле. В эту неделю ученики «подтягивают все хвосты». Ну и праздничный концерт могут устроить. Очень интересная традиция в Индии: в День учителя (5 сентября) в некоторых школах ученики и учителя меняются ролями: старшеклассники проводят открытые уроки для учителей. Ну и поздравляют их, конечно. А самый шумный и красочный праздник в честь учителей устраивают в Австралии в последнюю пятницу октября. На улицах проходят карнавальные шествия, а вечером устраивают фейерверки и салюты. В России продолжают традицию СССР поздравлять учителей в первое воскресенье октября. Только в Японии День учителя не отмечают. Но у них и так культ учителей.

Ученик – учителю:

– Следует ли наказывать кого-то за то, чего он не делал?

– Нет, конечно!

– Хорошо. Я не сделал домашнее задание.

6 октября
Мыльные пузыри – не просто развлечение

«Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики», – писал великий английский физик лорд Кельвин. Чтобы выдувать прочные пузыри, приготовьте густой раствор из хозяйственного мыла или шампуня. Хорошо бы добавить туда глицерин (1/3 по объему). С помощью пластмассовой или соломенной трубочки можно выдувать маленькие пузыри. А если взять пластмассовую воронку, то можно выдуть пузырь-гигант диаметром до 30 см! Для этого налейте раствор в тарелку и опустите туда воронку. Затем, держа воронку вертикально, поднимайте ее и дуйте с передышками, каждый раз зажимая пальцем узкий конец воронки. Чтобы увидеть воочию упругость мыльной пленки, поднесите узкий конец воронки к зажженной свече – воздух, выталкиваемый из пузыря силами упругости, потушит свечу.

Мыльный пузырь сразу лопнет, если прикоснуться к нему сухим предметом. А вот если обмакнуть палец в раствор, то можно проткнуть им пузырь, и тот останется цел! Можно выдуть несколько пузырей один в другом, если в уже готовый пузырь ввести смоченную в растворе трубочку. Попробуйте!

Мыльные пузыри могут жить весьма долго. Английский физик Дьюар хранил их в закупоренных бутылках месяцами. Известны случаи, когда пузыри хранились на подставке под стеклянным колпаком годами.

Самый большой пузырь имел длину 32 м! Его выдул в 1996 году некто Алан Маккей в Новой Зеландии. Его имя было занесено в «Книгу рекордов Гиннеса».

7 октября
Стиль Бора

7 октября 1885 года родился Нильс Бор, великий датский физик, Нобелевский лауреат 1922 года «за заслуги в области строения атомов и испускаемого ими излучения» (ум.1962).

В статьях Бора нет ни вступлений, ни заключений. Он сразу переходит к сути дела. Такой стиль у него выработался еще в юности. В школе Нильс однажды поразил учителя своим сочинением под названием «Прогулка в порт», состоящим из двух фраз: «Мой брат и я пришли гулять в порт. Там мы увидели, как корабли причаливают к причалам». Бор слыл тугодумом, но он мыслил очень глубоко и парадоксально. По рассказам немецкого физика Джеймса Франка, «порою он усаживался неподвижно с выражением безнадежной апатии на пустом лице. Глаза его становились бессмысленными, безвольно повисали руки, и он делался до такой степени неузнаваемым, что вы терялись… Но вдруг он озарялся изнутри. Вы видели, как вспыхивает в нем искра, и он произносил: „Так, теперь я это понимаю!“…»

Бор блестяще излагал свои мысли, когда бывал один на один с собеседником, а вот выступления его перед большой аудиторией порой бывали малопонятны. Его брат Харальд, известный математик, был блестящим лектором. «Причина простая, – говорил Харальд, – я всегда объясняю то, о чем говорил и раньше, а Нильс всегда объясняет то, о чем будет говорить позже».

Когда у Н ильса Бора спросили, как ему удалось создать первоклассную школу физиков, он ответил: «Повидимому, потому, что я никогда не стеснялся признаваться своим ученикам, что я дурак…»

8 октября
Микроволны в быту

8 октября 1945 года запатентована микроволновая печь для приготовления еды.

Микроволны – это электромагнитное излучение с длиной волны от миллиметра до метра (в бытовых микроволновых печах длина волны около 12 см). По длине волны микроволны занимают промежуточное положение между радио и инфракрасным излучением. Микроволны используют также в радионавигации, системах спутникового телевидения, сотовой телефонной связи и т. д.

Открытие их теплового воздействия произошло случайно. Однажды, совершенствуя новый генератор микроволн – магнетрон – американский физик Перси Спенсер обнаружил, что шоколадный батончик, лежавший в его кармане, растаял. Почему же именно микроволны подходят для приготовления пищи? Электромагнитные волны разной длины по-разному поглощаются веществом. Длинные радиоволны прошли бы сквозь любое блюдо, оставив его холодным. А инфракрасное излучение поглощается уже в тонком поверхностном слое (именно оно в тостерах и ростерах обеспечивает блюду румяную корочку). Микроволны же проникают в продукт на глубину 2–3 см, быстро разогревая его. Лучше всего микроволны поглощаются водой, а она есть практически в любом продукте. У молекулы воды два разноименно заряженных полюса. Микроволны заставляют этот диполь поворачиваться туда-сюда, качающаяся молекула воды толкает окружающие молекулы, и тепло распределяется по всему нагреваемому объекту.

В микроволновке нельзя варить продукты с плотной оболочкой (яйца, помидоры, сосиски…). Они взрываются, потому что содержащаяся в них вода мгновенно закипает и пар разрывает скорлупу или оболочку.

9 октября
Землетрясения в Москве

9 октября 1445 года в русских летописях отмечено весьма сильное землетрясение в Москве.

С точки зрения геофизики Московская область – благодатное место. Восточно-Европейская равнина, в центре которой расположена Москва, покоится на мощной кристаллической платформе. «Своих» разрушительных землетрясений в Москве не было и никогда не будет. Откуда же берутся не сильные, но ощутимые толчки, которые время от времени будоражат москвичей? Их причиной являются не местные подвижки земной коры, а землетрясения в Южных Карпатах (Румыния). Хотя до Румынии более тысячи километров, в структуре Восточно-Европейской платформы есть, видимо, какой-то «коридор», по которому сейсмические волны из эпицентра в Карпатах достигают центральных областей России. Так, землетрясение, разрушившее Бухарест 4 марта 1977 года, отозвалось в Москве толчками в 4,5 балла. На 14–18 этажах высотных зданий интенсивность колебаний достигала 5–6 баллов, а шпиль Московского университета на Воробьевых горах раскачивался с амплитудой до двух метров. Землетрясение 1445 года, зафиксированное в русских летописях, также было отзвуком карпатских катаклизмов. Доходят и отголоски кавказских и среднеазиатских землетрясений.

Надо признать, что сейсмическая уязвимость Москвы возрастает. Из-под города выкачивают воду, образуются пустоты, идут просадки грунта. Разрастаются сети искусственных подземных полостей, широко используются участки с насыпными грунтами. Все это может усилить сейсмический эффект на балл и более от тех же удаленных очагов Карпатских землетрясений.

10 октября
Как Кавендиш Землю взвесил

10 октября 1731 года родился Генри Кавендиш, английский физик и химик, открывший формулу воды и измеривший вес Земли (ум 1810).

Сэр Генри Кавендиш, богатый аристократ, «самый мудрый из богачей и самый богатый из мудрецов», как говорили о нем современники, вел жизнь отшельника, с наслаждением предаваясь научным исследованиям. Его открытия намного опередили науку того времени, но, увы, их большая часть осталась неизвестной научному сообществу. Сэр Генри не публиковал своих работ и не делал научных докладов. Впервые изучением его архивов занялся Максвелл в конце XIX века и обнаружил, что Кавендиш предвосхитил многие открытия в области электричества, опередив Кулона и Фарадея. А для потомков он остался человеком, который взвесил Землю. Дело в том, что значение гравитационной постоянной в законе всемирного тяготения Ньютона более 100 лет оставалось неизвестным. А Кавендиш в 1798 году измерил эту очень малую величину с помощью изобретенных им крутильных весов. Затем он вычислил массу Земли по ускорению свободного падения, радиусу Земли и гравитационной постоянной, применив закон всемирного тяготения.

Излюбленным способом тратить деньги была для Кавендиша благотворительность. Как-то раз, узнав, что студент, помогавший ему упорядочивать библиотеку, оказался в трудной финансовой ситуации, Кавендиш немедленно выписал ему чек на 10 тысяч фунтов – сумму по тем временам громаднейшую. Подобным образом он поступал всю жизнь – и тем не менее всегда располагал миллионами фунтов стерлингов. Воистину, не оскудевает рука дающего.

11 октября
Женщина во главе Академий

11 октября 1783 года учреждена Императорская Российская Академия, председателем которой стала княгиня Дашкова (1743–1810).

Екатерина Романовна Дашкова – одна из выдающихся женщин России XVIII века. Почти 12 лет, с января 1783 года, она была директором главного научного учреждения страны – Петербургской Академии наук. Благодаря своей неуемной энергии и организаторским способностям княгиня Дашкова за короткое время расплатилась с долгами Академии и создала благоприятные условия для работы академиков; при ней было построено и новое здание Академии наук (сейчас в нем размещается научный центр РАН).

Однажды, прогуливаясь с Екатериной II по Царскосельскому саду, княгиня подала императрице мысль об основании новой Академии, задача которой – усовершенствование русского языка. Княгиня Дашкова высказала мысль, что «нужны только правила и хороший словарь, чтобы поставить наш язык в независимое положение от иностранных слов и выражений». Так была создана Российская Академия для изучения филологических и других гуманитарных наук под председательством княгини Дашковой. Ученые заседания происходили еженедельно. На одном из них родилась новая буква русского языка – Ё. А самым известным делом Академии стало издание в 1789–1794 годах «Словаря Академии Российской», включавшего более 51 тысячи слов. Карамзин считал составление этого Словаря подвигом, совершенным к тому же в кратчайшие сроки.

В 1796 году, через несколько дней после смерти Екатерины II, император Павел I отстранил княгиню Дашкову от «управления порученных ей мест» и отправил в ссылку.

12 октября
Земля и люди

12 октября 1999 года родился шестимиллиардный житель Земли.

Население Земли быстро возрастает: в 1800 году – 1 миллиард, в 1900 – 1,6 млрд, в 1960 – 3 млрд, к июню 2020 – 7,8 млрд. По прогнозам, к 2050 году на Земле будет более девяти миллиардов человек. Хватит ли на всех пресной воды, еды и прочих благ? Сейчас в мире есть и нищета, и плохая экология, и войны. Но напрямую эти беды не связаны с плотностью населения в том или ином регионе. Так, в Голландии на квадратный километр приходится 346 человек, а в Монголии – меньше двух, но монголы живут гораздо беднее голландцев. Производство продуктов в мире растет быстрее, чем численность населения. Сегодня в среднем на одного человека приходится гораздо больше продуктов, чем сто лет назад. Однако где-то люди живут в изобилии, а где-то голодают. Дело в распределении продуктов. То же касается энергоресурсов. Сегодня средний американец потребляет в 33 раза больше энергии, чем житель Индии, и в 13 раз больше, чем китаец. Надо научиться экономить энергию и справедливо ее распределять. Хотя запасы ископаемого топлива ограничены, но альтернативные источники энергии (см. 31 марта) и «прирученные» термоядерные реакции (см. 15 июля) смогут неограниченно долго обеспечивать человечество. Ученые полагают, что Земля может прокормить до 15–25 миллиардов людей. Темпы роста населения Земли замедляются, есть надежда, что процесс стабилизируется в конце концов на уровне заведомо ниже критического.

Жена говорит мужу: «У нас будет не больше четырех детей, потому что каждый пятый из рождающихся на планете младенцев – китаец».