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

13 октября
Первая «всемирная паутина»

13 октября 1884 года Гринвичский меридиан утвержден в качестве всемирного нулевого меридиана.

Трудно поверить, но почти до конца XIX века чуть ли не каждое государство пользовалось собственным нулевым меридианом: французы и испанцы определяли долготу соответственно по Парижу и Кадису, в России – отсчитывали от Пулковской обсерватории, одновременно использовался еще добрый десяток других нулевых меридианов. Сто лет ученые и правительства разных стран спорили, где будет проходить нулевой меридиан. Возможно, в обычной жизни человек и не нуждается в едином для всего мира меридиане и времени, однако для астрономов, мореплавателей, географов, составителей карт такая необходимость стала насущной. И вот, наконец, свершилось… 13 октября 1884 года в Вашингтоне собралась Международная конференции «для обсуждения и, если представится возможность, для фиксирования меридиана, подходящего для использования в качестве нуля долготы и поясного времяисчисления на всем земном шаре». После жарких дебатов, тянувшихся целый месяц, Гринвичский меридиан был принят за нулевой, а Гринвичское время утверждено в качестве всемирного. С этого времени земной шар охватила первая «всемирная паутина» – географическая.

Гринвич – пригород Лондона, где в 1675 году по указу Карла II была основана обсерватория, знаменитая точностью своих измерений. Линия нулевого меридиана проведена через двор Гринвичской Королевской Обсерватории и разделяет земной шар на восточное и западное полушария.

14 октября
Ускорители спасают людей

14 октября 1967 года в Институте физики высоких энергий (город Протвино) введен в строй крупнейший в мире ускоритель протонов на энергию 70 миллиардов электронвольт (У-70).

Пять лет держал мировое лидерство по энергии и размерам синхротрон У-70 (длина орбиты полтора километра). С его помощью впервые были зарегистрированы ядра антивещества. А сегодня У-70 осваивает дополнительную профессию – медицинскую. Уже давно для лечения рака используют гамма-лучи и пучки электронов из ускорителей. Но сейчас во всем мире переходят к созданию более совершенных центров протонной и ионной терапии. Дело в том, что при облучении рентгеновскими и электронными лучами вместе с очагом заболевания большие дозы получают и окружающие здоровые ткани. Это не позволяет лечить опухоли, находящиеся в непосредственной близости от жизненно важных органов. А при облучении опухоли ускоренными пучками более тяжелых частиц – протонов и ионов – можно фокусировать облучение как раз в очаге заболевания и уничтожать раковые клетки, а окружающие ткани при этом страдают гораздо меньше. Особенно эффективны для уничтожения раковых клеток ядра углерода. В России пока всего три центра протонной лучевой терапии. А центры по лечению пучками ионов есть только в Японии и Германии. Но в Протвино уже работают над тем, чтобы приспособить ускорительный комплекс к задачам протонной и ионной терапии. Вскоре У-70 будет обеспечивать население протонной и ионной терапией.

В мире более 20 центров протонной лучевой терапии работает на «привлеченных» из физики ускорителях.

15 октября
Секрет Торричелли

15 октября 1608 года родился Эванджелиста Торричелли, итальянский математик и физик (ум. 1647).

Торричелли стоял у смертного одра Галилея. Знакомство их было недолгим, но именно ему Галилей завещал свои труды. Торричелли вошел в историю как человек, впервые доказавший, что воздух имеет вес, и сконструировавший первый барометр. Его знаменитый опыт 1643 года прост: в чашку с ртутью опрокидывается открытым концом стеклянная трубка с запаянным верхним концом, тоже заполненная ртутью. Но ртуть не выливается вся в чашку – в трубке остается столбик ртути высотой около 76 см, а в трубке над ним образуется пустота. Своим весом атмосферный воздух давит на свободную поверхность ртути в чашке и не позволяет ртути вытекать из трубки. Этот опыт «поставил точку» в долгом споре о том, имеет ли воздух вес, – споре, который велся со времен Древней Греции.

Торричелли умер в 39 лет, унеся в могилу один секрет. Он сам делал линзы для своих приборов. Когда недавно сравнили линзу Торричелли диаметром 83 мм, взятую из музея во Флоренции, с современными линзами, то линза Торричелли оказалась лучше! Он знал секрет изготовления сверхточных линз. «Я не могу раскрыть мой секрет, так как Великий герцог предписал мне молчать о нем», – писал Торричелли.

Со времен Аристотеля считалось, что вода поднимается за поршнем насоса потому, что «природа не терпит пустоты». Однако при сооружении фонтанов во Флоренции обнаружилось, что засасываемая насосами вода не желает подниматься выше 34 футов (10 метров). Строители обратились за помощью к Галилею, который сострил, что, вероятно, природа перестает бояться пустоты на высоте более 34 футов.

16 октября
Шум и здоровье

16 октября 1987 года в Варне (Болгария) проходила международная конференция «Акустическая среда, методы и средства защиты».

Шум сопровождает нас повсюду – дома, в транспорте, на работе… От шума мы подчас так устаем, что нас раздражает даже тиканье часов. Установлено, что звуковой шум влияет на работоспособность и здоровье. Так, негромкая мелодичная музыка немного повышает артериальное давления, усиливает выработку гормонов, что увеличивает работоспособность. Громкая же музыка и непривычные шумы, напротив, действуют негативно. Постоянное воздействие шума большой интенсивности снижает слух и может даже вызвать глухоту из-за повреждения внутреннего уха. Дети, живущие вблизи аэропорта, чаще болеют, чаще получают травмы и имеют более ослабленную нервную систему по сравнению с детьми, живущими вдали от него, в таких же природных и социальных условиях. К сожалению, даже на утренниках в детских садах уровень громкости звуковой аппаратуры недопустимо высок.

Сейчас начали диагностировать у молодых людей стремительное снижение слуха со скоростью, ранее присущей лишь пожилым пациентам. Некоторые ученые связывают эту тенденцию с постоянным использованием наушников, воспроизводящих музыку с опасной для здоровья громкостью. Дело в том, что нервные волокна наших ушей защищены миелиновой оболочкой, оберегающей наш орган слуха от повреждений. Но оболочка нуждается в тишине для своего восстановления, а кто-то не снимает наушники днем и ночью.

Шум больших городов сокращает жизни обитателей сильнее, чем курение табака.

17 октября
В погоне за трансуранами

17 октября 2006 года российские и американские физики сообщили о получении 118-го, последнего на сегодняшний день, элемента таблицы Менделеева.

Итак, сегодня в таблице Менделеева 118 элементов. Физики продолжают пытаться синтезировать все более далекие трансурановые элементы (см. 8 июня) – те, которые не встречаются в природе, но могут быть получены искусственно. Элементы с порядковыми номерами от 93 до 100 были получены при облучении урановой мишени мощными потоками нейтронов. Этот способ, однако, не позволяет получать еще более массивные ядра. Пришлось перейти к «тяжелой артиллерии». Мишени стали бомбардировать ускоренными ядрами от углерода (№ 6) до криптона (№ 36). Так удалось продвинуться до 118-го элемента: о его открытии почти одновременно сообщили физики из подмосковной Дубны и из Ливерморской национальной лаборатории в США. Надо сказать, что такого рода эксперименты очень сложны и дороги. За несколько дней усиленной «бомбардировки» удается получить всего несколько новых ядер, которые надо еще выделить из миллиарда миллиардов разнообразных других ядер и надежно зарегистрировать – задача далеко не простая!

Такие открытия могут вам показаться бессмысленными, особенно если учесть, что полученные с таким трудом ядра распадаются за доли миллисекунды, так что никакой пользы от них народному хозяйству нет. Почему же тогда ученые проявляют к этим экспериментам такой интерес? Таким способом физики стараются глубже понять фундаментальное устройство нашего мира и проверить, насколько хорошо современная теория описывает реальность.

18 октября
Венера открывает свои тайны

18 октября 1967 года спускаемый аппарат советской межпланетной станции «Венера-4» впервые вошел в атмосферу Венеры.

Укутанная плотной атмосферой с густым слоем облаков, Венера долго хранила свои тайны. Советский Союз стал посылать космические аппараты к ней с 1961 года. Первые три станции «Венера» вышли из строя еще до подлета к Венере. Долгожданный успех принес полет «Венеры-4». В течение 94-х минут спускаемый аппарат погружался в атмосферу планеты. На высоте 25 км от поверхности он разрушился при давлении 20 атм и температуре 270 °C. Было установлено, что атмосфера Венеры почти целиком состоит из углекислого газа. В мае 1969 года добраться до поверхности Венеры пытались «Венера-5» и «Венера-6», но им тоже это не удалось. Но уже 15 декабря 1970 года «Венера-7» впервые совершила мягкую посадку и в течение 20 минут передавала данные с поверхности Венеры на Землю. Температура там составила 460 °C, а давление – 90 атм. Почему же так жарко на Венере? Если бы Земля оказалась на ее месте, температура на ней повысилась бы не более чем на 60 градусов. Все дело в сверхплотной атмосфере из углекислого газа: она работает как парник, пропуская солнечное тепло и не выпуская наружу инфракрасное излучение самой планеты. Станция «Венера-8» в июле 1972 года обнаружила, что облачный слой на Венере оканчивается на высоте 35 км над поверхностью (облака, как оказалось, состоят из капелек серной кислоты), а ниже находится чистая прозрачная атмосфера. Видимость на поверхности Венеры примерно такая же, как в пасмурный день на Земле (см. также 22 октября).

19 октября
Жизнь и смерть звезды

19 октября 1910 года родился Субраманьян Чандрасекар, астрофизик, лауреат Нобелевской премии «за теоретические исследования физических процессов, играющих важную роль в строении и эволюции звезд» (ум. 1995).

Звезды рождаются и умирают. Чандрасекар создал полную теорию эволюции звезд. Когда 20-летний индиец плыл к берегам Англии для продолжения обучения, он читал книгу Артура Эддингтона «Внутреннее строение звезд», полученную в качестве награды на физическом конкурсе. Судьбы умирающих звезд стали темой его дальнейшей работы. Он показал, что большие и малые звезды ведут себя по-разному после того, как погаснет ядерная топка в их недрах и звезда начнет сжиматься под действием собственной тяжести. Если масса звезды не превышает 1,4 солнечной массы, то сжатие остановится на стадии белого карлика (см. 28 декабря). Звезда, масса которой в 2–3 раза превышает солнечную, взорвется, став сверхновой (см. 23 февраля). Ее наружная оболочка будет отброшена, а остаток сожмется до нейтронной звезды. Из-за ее огромной плотности электроны и протоны, «вдавливаясь» друг в друга, превратятся в нейтроны. Масса кубического сантиметра такого вещества около 100 млн тонн! Для физиков нейтронные звезды – это самые интересные объекты: тут и сильное гравитационное поле, и сверхсильные магнитные поля, и сверхтекучесть, и сверхпроводимость. Еще в 1932 году Ландау предсказал возможность их существования, а открыли их лишь в 1974 году (см. 28 ноября). Ну а еще более массивные звезды будут сжиматься беспредельно, превращаясь в черные дыры.

20 октября
Мусор на Земле и в космосе

20 октября 2002 года в Новгороде открылась необычная выставка: мусор, обнаруженный при чистке берегов озера Ильмень и нескольких рек. Почти половина всех отходов – это автомобильные покрышки; также много старых холодильников, скамеек и урн с городских улиц.

Многие тысячелетия цивилизация была практически безотходной: отбросы могли постепенно разлагаться и снова входить в круговорот веществ. Но за последние сто с лишним лет люди во многом перешли на синтетические материалы, не поддающиеся разложению. Мы буквально окружены кладбищами отбросов; они окружают не только города – даже склоны гор покрыты сотнями тысяч тонн мусора. Человечество уже давно достигло того уровня, когда грамотное уничтожение отходов жизненно необходимо. И сейчас ведущие научные центры, наконец, занялись этой проблемой.

Мало нам свалок на Земле – мы замусорили еще и околоземное пространство! Там остались исчерпавшие свой ресурс спутники, третьи ступени ракет-носителей, детали космических аппаратов, а также бытовой мусор, ведь раньше обитатели орбитальных станций запускали прессованные отходы в космос с помощью специальной катапульты. Этот мусор уже создает проблемы. Объектов величиной от 1 до 10 см в околоземном пространстве около 100 тысяч, менее сантиметра – около 10 миллионов. А скорость этих объектов может достигать 15 км/c, и последствия столкновения с ними могут быть катастрофичны.

На одного человека в год приходится около 200 кг твердых бытовых отходов и 800 кг отходов промышленных.

21 октября
Самый знаменитый в мире изобретатель

Это, безусловно, Томас Эдисон (1847–1931), получивший более 4 тысяч патентов – мировой рекорд! Он создал безопасную электрическую лампу накаливания (первое испытание лампы накаливания с угольной нитью состоялось как раз 21 октября 1879 года), построил первые электровозы, положил начало электронике, изобрел фонограф, усовершенствовал телеграф, телефон, киноаппаратуру и т. д.

В школьные годы юный Томас не проявлял особых дарований. После того, как учитель обозвал его «безмозглым тупицей», мать вообще забрала сына из школы. С 12-ти лет он начал работать – сначала разносчиком в поездах, потом станционным телеграфистом. Первыми его изобретениями были технические приспособления, благодаря которым старший телеграфист на линии был уверен, что Эдисон работает, в то время как тот занимался своими делами. В 22 года Эдисон основал собственную фирму по продаже бытовой электротехники. Его девиз: «Никогда не изобретай то, на что нет спроса». В 1880 году Эдисон начал выпуск безопасных лампочек, которые вскоре вытеснили применявшееся до этого газовое освещение.

Эдисон отличался феноменальным трудолюбием, работая по 16–19 часов в сутки. «Гений – это 1 % вдохновения и 99 % пота», – говорил Эдисон. На 85-м году жизни, умирая, он сказал своей жене: «Если есть что-нибудь после смерти, это хорошо. Если нет, тоже хорошо. Я прожил жизнь и сделал лучшее, что мог…»

Томасу Эдисону принадлежит фраза, ставшая лейтмотивом ХХ – XXI веков: «Возможно абсолютно все!»

22 октября
Венера под облаками

22 октября 1975 года спускаемый аппарат межпланетной станции «Венера-9» совершил мягкую посадку на освещенную сторону Венеры и передал первую венерианскую фотопанораму.

«Венера-9» и «Венера-10» совершили мягкую посадку на освещенную сторону планеты с интервалом в три дня. Вскоре весь мир облетели переданные ими панорамы венерианской поверхности. Люди увидели на снимках каменистую пустыню. А в марте 1982 года станции «Венера-13» и «Венера-14» передали уже цветные панорамы, в которых преобладали зелено-коричневые тона, так как синие и голубые лучи поглощаются атмосферой Венеры. На этих станциях был проведен поистине уникальный эксперимент: забор грунта с поверхности Венеры и анализ его химического состава. На «Венере-13» было установлено к тому же звукозаписывающее устройство, которое зафиксировало звук грома. Впервые мы услышали звуки другой планеты. Мы узнали, что на Венере существуют грозы, и они во много раз мощнее, чем на Земле; что ураганные ветры, постоянно бушующие на верхней границе облачного слоя, сменяются у поверхности легким бризом.

А вскоре были получены и подробные радиолокационные карты всей поверхности, благодаря «Венерам» 16-й и 17-й (1983), американскому аппарату «Магеллан» (1989) и европейскому аппарату «Венера-Экспресс» (2006–2014). Шестую часть поверхности планеты занимают низменности (была бы на Венере вода, там были бы океаны). Большая часть поверхности – холмистые равнины. Есть горные цепи с пиками высотой до 11 км – выше нашего Эвереста, и вулканы. Тайны, спрятанные под облаками нашей соседки, раскрываются.

23 октября
Софья Ковалевская – математик и женщина

23 октября 1889 года Петербургская Академия наук отказала Софье Ковалевской (1850–1891) в предоставлении научной работы в России. Тем не менее, она стала членом-корреспондентом Петербургской Академии.

Двери российских вузов в то время были закрыты для женщин. Для получения высшего образования 18-летняя Софья Корвин-Круковская оформила фиктивный брак с Владимиром Ковалевским и уехала с ним в Германию. Там она стала ученицей знаменитого математика Карла Вейерштрасса. Через три года Геттингенский университет «простил», по словам Вейерштрасса, принадлежность Ковалевской к слабому полу и присудил ей степень доктора философии, математических наук и магистра изящных наук. Вскоре «сдался» и совет Берлинского университета, присудив ей степень доктора философии по математике с наивысшей похвалой. Окрыленная успехом, 24-летняя Ковалевская устремилась на родину. Но российский бастион науки оказался непреступным для женщины. Она приняла предложение Стокгольмского университета. В ноябре 1883 года одна из Стокгольмских газет писала: «Сегодня нам предстоит сообщить не о приезде какого-нибудь принца крови… Нет, принцесса науки, госпожа Ковалевская, почтила наш город своим присутствием и будет первым приват-доцентом женщиной в Швеции». Всеобщее признание буквально обрушилось на нее.

«Моя слава лишила меня обыкновенного женского счастья… Почему меня никто не может полюбить? Я могла бы больше дать любимому человеку, чем многие женщины, почему же любят самых незначительных и только меня никто не любит?» (из дневника С.В. Ковалевской).

24 октября
Мир в капле воды

24 октября 1632 года в Голландии родился Антони ван Левенгук, открывший мир микроорганизмов (ум. 1723).

Левенгук был самоучкой с душой настоящего ученого. Увлекшись в молодые годы шлифовкой стекол, он достиг потрясающих результатов. Сделанные им линзы величиной с горошину могли увеличивать предметы в 300 раз! Он вставлял их в деревянную оправу на длинной ручке и прикладывал вплотную к глазу. Это, конечно, еще не был микроскоп в современном понимании. Хотя микроскопы, состоящие из объектива и окуляра, делали уже в начале XVII века, но из-за плохого качества линз изображение получалось тусклым, нечетким. Трудно было что-то разобрать в этом переплетении цветных бликов и темных пятен. Качество же левенгуковых линз было отменным! С их помощью удалось заглянуть в доселе невиданный мир.

Левенгук рассматривал в свой микроскоп все, что можно. Он обнаружил, что в водяной капле обитает несметное число живых существ. Они имели вид и палочек, и спиралей, и шариков. Многие из них быстро двигались. Так в 1673 году совершилось одно из великих открытий, положившее начало микробиологии. Левенгук одним из первых стал проводить опыты на себе. Он первым увидел красные кровяные клетки (эритроциты) и сперматозоиды. Даже умирая, Левенгук детально описывал процесс угасания жизни в своем теле. Почти 50 лет он присылал в Лондонское королевское общество письма, в которых рассказывал о своих открытиях. Они навсегда сохранили его имя в летописях науки.

Размеры атомов – десятые доли нанометра, а разрешение современных электронных микроскопов достигает сотых долей нанометра.

25 октября
Спор Эйнштейна и Бора

В конце октября 1927 года в Брюсселе проходил пятый Сольвеевский конгресс, сыгравший особую роль в формировании квантово-механического мировоззрения.

Начиная с 1911 года и по сей день в Брюсселе регулярно проводятся международные конференции по обсуждению фундаментальных проблем физики и химии, так называемые Сольвеевские конгрессы. На пятом таком форуме «новорожденная» квантовая механика проходила свое «боевое крещение». Главным ее оппонентом выступил Эйнштейн. Защиту возглавлял Бор. Дискуссию открыл Эйнштейн знаменитой фразой: «Я не верю, что Бог играет в кости». Подумав, Бор ответил: «Но, право же, не наша печаль – предписывать господу Богу, как ему следовало бы управлять этим миром!» Как рассказывал Гейзенберг, участник событий и автор знаменитого соотношения неопределенностей, дискуссии начинались уже ранним утром с того, что Эйнштейн за завтраком предлагал очередной мысленный эксперимент, а вечером во время совместного ужина Нильс Бор доказывал, что и этот эксперимент не может поколебать соотношение неопределенностей. И так день за днем…Эренфест сказал тогда Эйнштейну: «Мне стыдно за тебя, Эйнштейн: ты оспариваешь новую квантовую теорию совершенно так же, как это делали с теорией относительности твои враги!» «Матч» завершился победой Бора. Спор же продолжался всю их жизнь.

Из письма Эйнштейна Бору: «Не часто в моей жизни человеческая личность доставляла мне такую радость самим фактом своего существования…» Из письма Бора Эйнштейну: «Встретить Вас и говорить с Вами было одним из сильнейших переживаний в моей жизни…»