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

26 октября
Точнее метра

В октябре 1982 года начаты испытания российской навигационной системы ГЛОНАСС.

Раньше свое местоположение на Земле определяли по звездам. Сегодня к вашим услугам спутниковые системы навигации. Практически одновременно в 1970-х годах начали разрабатываться американская система GPS и российская ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система). К 1995 году эти системы были полностью развернуты. 24 специальных спутника держат в поле зрения весь Земной шар. ГЛОНАСС позволяет определять трехмерные координаты земных и околоземных объектов с точностью меньше одного метра! Приемник, положение которого определяется, принимает сигналы точного времени с 4-х или более спутников, движущихся по точно известным круговым орбитам радиусом около 12000 км. Зная расстояния до спутников и время распространения сигналов, приемник вычисляет свои координаты на карте Земли и высоту. Такой навигатор можно использовать для определения положения путешественников, транспорта, потерявшихся домашних животных, угнанных автомобилей. Он способен проложить маршрут по улицам незнакомого города, указать пути объезда заторов, участков ремонта дорог и многое другое.

Применение дециметровых волн требует прямой видимости спутников. В туннелях, на узких улицах, в ущельях и очень густом лесу система ГЛОНАСС может не сработать. Наибольшая точность достигается при одновременной навигации сразу по трем системам: ГЛОНАСС, GPS и европейской Galileo, встроенным в мобильные и спутниковые телефоны и коммуникаторы. Чем больше спутников «видит» приемник, тем надежнее навигация в сложных условиях.

27 октября
Радиация в медицине

27 октября 1951 года впервые при лечении рака использована радиация.

Применение радиоактивных препаратов в медицине – это настоящая революция. Основной вклад они вносят в борьбу с двумя главными бичами человека – раком и заболеваниями сердечно-сосудистой системы. При лечении раковых заболеваний применяют интенсивное гамма-излучение кобальта-60 («кобальтовую пушку»).

Радиация все шире используется и для диагностики. Вводя в организм так называемые «меченые атомы» (радиоактивные изотопы), можно изучать любую его систему: сердечно-сосудистую и кроветворную, водно-солевого обмена, дыхательную и пищеварительную, костную и лимфатическую, головного и спинного мозга. «Меченые» атомы» способны выявить опухоли и метастазы размером с маковое зернышко – задолго до того, как они становятся заметными на рентгене! С помощью «меченых атомов» было доказано, что за сравнительно небольшое время организм подвергается почти полному обновлению – слагающие его атомы (кроме железа) заменяются новыми. Радиоактивные изотопы применяются и для лечения. Например, йод отлагается в щитовидной железе, особенно при базедовой болезни. Наблюдая с помощью счетчика за отложением радиоактивного йода, можно быстро поставить диагноз. Большие же дозы радиоактивного йода вызывают частичное разрушение аномально развивающихся тканей.

И все же стоит помнить, что радиация – «палка о двух концах». Например, доказано, что частое флюорографическое обследование, особенно в детском и подростковом возрасте, приводит к повышению риска развития рака молочной железы у женщин.

28 октября
Нам повезло с константами!

В основные физические законы входят фундаментальные константы, такие как гравитационная постоянная, скорость света, элементарный заряд и другие. А почему все эти величины именно таковы, как они есть, – может, это простая случайность? И что было бы, будь их значения иными? Сравнительно недавно астрофизики и специалисты в области космологии осознали, что именно существующие значения основных констант необходимы, чтобы Вселенная была такой, какая она есть. Будь они хоть чуточку иными, и нас бы в мире не было. Например, время жизни звезд могло быть слишком мало для возникновения и развития жизни на планетах. Или, скажем, невозможен был бы синтез тяжелых элементов, Вселенная состояла бы только из водорода и гелия – это тоже сделало бы ее совершенно безжизненной. Варианты Вселенной с иными массами элементарных частиц никак не подходят для жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Расчеты убеждают: все физические константы нам нужны именно такие, какие они есть! Получается, что во Вселенной все точно «подогнано» так, чтобы жизнь в ней могла появиться и развиваться! Эту удивительную «подгонку» фундаментальных свойств нашего мира можно рассматривать как свидетельство уникальности нашей Вселенной. А отсюда, похоже, один шаг до гипотезы о существовании совершенно других миров, абсолютно не похожих на наш. И их число в принципе может быть неограниченно огромным.

Комбинируя скорость света, постоянную Планка и гравитационную постоянную, Планк получил выражение для «планковской длины». Полагают, что это квант длины: около 10^-35 м.

29 октября
Иоффе – глава ленинградской физической школы

29 октября 1880 года родился Абрам Федорович Иоффе (ум. 1960).

Окончив Петербургский технологический институт, Иоффе работал практикантом и ассистентом в Мюнхенском университете в лаборатории Рентгена, который был тогда в зените своей славы. Вернувшись в Россию в 1906 году, Иоффе начал преподавать в Петербургском политехническом институте и продолжал научную работу. О научном уровне России того времени красноречиво говорит эпизод, рассказанный самим Иоффе. Когда он изложил свои планы руководителю в университете, тот спросил, кто и где уже проводил такие исследования. Услыхав, что этого еще никто нигде не делал, профессор изумился: «Что за самомнение у Вас, молодой человек! Нам нечего пытаться искать новое; было бы уже очень хорошо, если бы мы смогли правильно воспроизвести у нас в стране измерения, сделанные за границей!» В 1918 году в Петрограде в невероятно трудных условиях гражданской войны по инициативе Иоффе был создан научно-исследовательский физический институт – ныне физико-технический институт (ФТИ) им. А.Ф. Иоффе. Знаменитая научная школа Иоффе дала стране видных ученых, в том числе специалистов по атомной и ядерной физике – И.В. Курчатова, А.И. Алиханова, Л.А. Арцимовича и других. Из стен ФТИ вышел, работал в нем лауреат Нобелевской премии Жорес Алферов (ум. 2019).

Иоффе поощрял критическую жилку в своих учениках и сотрудниках. Об одном научном работнике института Иоффе сказал: «Он все время спорит со мной, пожалуй, пора дать ему лабораторию», и поставил «спорщика» во главе этой лаборатории.

30 октября
Царь-бомба, или «кузькина мать»

Испытания первой в мире термоядерной (водородной) бомбы успешно прошли под Семипалатинском 12 августа 1953 года. А 30 октября 1961 года на ядерном полигоне архипелага Новая земля был взорвана самая мощная в истории термоядерная бомба.

Мощность ее взрыва составила 58,6 мегатонны в тротиловом эквиваленте. Эта Царь-бомба (неофициальное название – «кузькина мать») была в 1570 раз мощнее ядерных бомб, сброшенных американцами на Хиросиму и Нагасаки, вместе взятых, а также в 10 раз мощнее всех обычных боеприпасов, израсходованных во время Второй мировой войны. Сбылась мечта Нобеля (см. 3 сентября): создано оружие столь мощное и ужасное, чтобы его разрушительная сила предостерегла людей даже от помыслов о войне. Менее чем через два года Вашингтон и Москва подписали первое соглашение по контролю над вооружениями – Московский договор 1963 года о запрещении атмосферных, подводных и космических ядерных испытаний. Международные отношения и военное искусство изменились кардинально и навсегда.

Американские физики рассчитали, к каким последствиям привел бы взрыв Царь-бомбы неподалеку от Вашингтона. Взрыв уничтожил бы все в радиусе 19 километров. Примерно 1,4 млн человек погибли бы мгновенно. Жители городов, удаленных на 100 км от эпицентра, получили бы ожоги третьей степени в результате воздействия светового излучения, окна были бы разбиты на расстоянии до 900 километров от места взрыва.

Слава богу, аналогов «кузькиной матери» больше не выпускали. По мере истечения срока годности и США, и СССР отказались от гигантских термоядерных бомб.

31 октября
Последствия ядерной войны

31 октября 1983 года в Вашингтоне открылась международная конференция «Мир после ядерной войны».

Победителей в такой войне быть не может – разразится глобальная катастрофа. Огненный смерч пожаров поднимет вверх громадные массы воздуха, создавая ураганы у поверхности земли. Дым, сажа и пыль поднимутся до стратосферы и образуют тучу, практически закрывающую солнечный свет. Наступит «ядерная ночь». Из-за глобальной циркуляции атмосферы туча распространится на огромные площади и через две недели накроет всё Северное полушарие и частично Южное. Сажа, нагреваясь солнечными лучами, поднимется вверх вместе с нагретыми ею массами воздуха и выйдет из области образования осадков. Приземный воздух окажется холоднее находящегося выше, и конвекция (включая испарение и выпадение осадков) значительно ослабеет, осадков станет меньше, так что сажа будет вымываться очень медленно. Наступит «ядерная зима», которая может продлиться шесть лет. Температура упадет на 15–40 градусов.

Резкий рост уровня радиации погубит большинство животных и птиц и вызовет лучевое поражение хвойных деревьев. Гигантские пожары уничтожат большую часть лесов, степей, сельскохозяйственных угодий. Во время ядерных взрывов произойдет выброс в атмосферу большого количества окислов азота и серы. Они выпадут на землю в виде пагубных для всего живого кислотных дождей. Когда же к Земле прорвётся солнечный свет, он станет губительным для оставшихся в живых, так как озоновый слой, разрушенный окислами азота и серы, уже не будет защищать Землю от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Трудно ожидать, что где-либо на Земле уцелеет хоть какое-то человеческое сообщество. Но даже сегодня нельзя считать, что мы знаем всё о последствиях использования ядерного оружия, и что нет ещё чего-то очень серьезного, о чем мы пока и не подозреваем.

Для непоправимой беды хватит и 1 % существующего ядерного арсенала.

Ноябрь

1 ноября
Женщины хотят учиться!

1 ноября 1872 года основаны Московские высшие женские курсы, положившие начало высшему женскому образованию в России.

До середины XIX века в России вопрос о высшем женском образовании вообще не стоял. В 1860-е женщин стали принимать некоторые европейские университеты. Сотни русских женщин отправились за высшим образованием в Европу. Российские же университеты оставались чисто мужскими. Но невозможно было противостоять веяниям времени, и в 1872 году в Москве открылись высшие женские курсы (МВЖК) под руководством профессора Герье. С них началось высшее женское образование в России.

Хотя женщины учились отдельно от мужчин, занятия с ними проводили лучшие профессора Московского университета. Так, астрономию читал знаменитый Бредихин, историю – Ключевский и Соловьев. Обучение было платным и весьма дорогим. Хотя слушательницы МВЖК получали блестящее образование, они не сдавали государственные экзамены и не получали дипломов специалистов. Право проведения выпускных экзаменов и выдачи дипломов о высшем образовании им было предоставлено лишь в 1916 году. К 1918 году на курсах учились более 8 тысяч девушек, и по численности курсы уступали только Московскому университету. В 1918 году курсы были преобразованы во 2-ой Московский государственный университет. В 1930-м педагогический факультет этого университета преобразовали в Московский Государственный Педагогический Институт, а с 1990 он стал педагогическим университетом – МПГУ.

– Ты всю жизнь мне испортил! Всю молодость на тебя потратила!

– Маша, хватит разговаривать с дипломом.

2 ноября
О полете птиц

2 ноября 1902 года под руководством Н.Е. Жуковского в Московском университете началось строительство первой отечественной аэродинамической трубы. Здесь были проведены первые опыты по аэродинамике.

Полеты и птиц, и самолетов подчиняются законам аэродинамики. Неслучайно изучению полета птиц посвящено много работ выдающихся ученых. Для полета нужны подъемная сила и сила тяги. У самолета подъемная сила создается крыльями, а сила тяги – двигателями. У птиц и подъемная сила, и сила тяги создаются машущими крыльями. Для создания этих сил птица взмахивает крыльями и одновременно поворачивает их вбок. Если крыло птицы рассечь поперек размаха, мы увидим характерный аэродинамический профиль – расширенный в передней части и плавно сужающийся к хвосту. Этим «птичьим профилем» часто пользовались строители первых самолетов.

При парении птица не машет крыльями – она набирает или сохраняет высоту, используя восходящие потоки воздуха. Планирование, в отличие от парения, – это полет со снижением. Современный планер во многом позаимствован у птиц-парителей: альбатросов, чаек, буревестников. Наиболее совершенной птицей в аэродинамическом отношении является альбатрос. Он имеет самый большой размах крыльев, достигающий 4,2 метра. Летными характеристиками птиц являются скорость, дальность и высота полета. Наибольшей скоростью горизонтального полета (144 км/час) обладает стриж, наибольшая высота полета (4500 м) у журавлей, а наибольшая дальность (3500–4000 км) – у чибисов и ржанок.

Наибольшее число взмахов в секунду из всех птиц делает колибри – 38 взмахов.

3 ноября
Можно ли замерзнуть на Меркурии?

3 ноября 1973 года запущена американская межпланетная станция «Маринер-10» для изучения Венеры и Меркурия. Это был первый аппарат, изучавший Меркурий с близкого расстояния.

Вы, конечно, думаете, что на Меркурии жарче, чем на Венере – ведь он ближе к Солнцу. Но высокая температура Венеры связана с парниковым эффектом, создаваемым ее необычайно плотной атмосферой. А на Меркурии атмосферы нет. К тому же день и ночь на этой маленькой планете (его масса в 20 раз меньше, чем у Земли, а радиус меньше в 2,5 раза) длятся по 88 суток – по целому меркурианскому году! Из-за этого на Меркурии самые резкие перепады температур в Солнечной системе. На экваторе в полдень – более 400 °C (олово и свинец плавятся и растекаются лужами), а ночью – минус 180 °C. Смены времен года там тоже нет, так как ось вращения перпендикулярна плоскости орбиты. В полярных областях в вечной тени глубоких кратеров, вероятно, лежит вечный лед.

Меркурий – наименее изученная планета земной группы. В ХХ веке только один аппарат смог к нему подобраться – «Маринер-10», который в 1974–1975 гг. трижды пролетел мимо Меркурия, передав тысячи снимков. Но он заснял менее половины его поверхности. Почему же так мало внимания уделили Меркурию? Ответ прост: это одна из самых труднодостижимых планет Солнечной системы. Чтобы перебраться к нему на орбиту, требуется серия сложных гравитационных маневров. Впервые это смогла сделать американская станция «Мессенджер» в 2011 году. На протяжении четырех лет «Мессенджер» изучал поверхность Меркурия и передал более 277 тысяч снимков.

4 ноября
Вагон-микроволновка

4 ноября 1890 года в Лондоне открылась первая в мире подземная электрическая дорога – метро.

Говорят, что недостатки – это продолжение достоинств. В случае с достижениями технического прогресса это именно так. В больших городах жизнь без метро остановилась бы. А вот еще одно достижение прогресса: мобильный телефон. А теперь объединим два этих достижения прогресса. И что выходит? Мобильный телефон в метро есть почти у каждого. Допустим, в вагон метро набилось в час пик около 200 пассажиров, и каждый с мобильником. Из-за отражения сигнала от металлических конструкций тоннеля и вагона связь ухудшается, и устройства начинают искать сотовую станцию, излучая свою максимальную мощность (до двух ватт). В итоге в одном вагоне в узком диапазоне частот мобильной связи излучается мощность до 400 Вт! Она почти равна мощности микроволновой печи, в которой сильно нагреваются продукты. Эта мощность перераспределяется по вагону неравномерно в зависимости от конструкции вагона и положения пассажиров. Интерференция волн может приводить к сильному увеличению мощности в одних местах и уменьшению в других. К сожалению, вредное действие сверхвысоких частот проявляется не только при больших мощностях. Недаром в инструкциях к современным мобильным телефонам указано, что подносить включенный телефон к телу на расстояние ближе 2,5 см нежелательно.

В мире начинают понимать опасность электромагнитного загрязнения окружающей среды. В Японии, например, в поездах предлагают пассажирам выключать мобильные телефоны. Не пора ли и нам последовать этому примеру?

5 ноября
Причины и последствия магнитных бурь

5 ноября 2003 года на Солнце зарегистрирована самая сильная вспышка за всю историю наблюдений, следствием которой стала сильнейшая магнитная буря на Земле.

Магнитное поле Земли (или геомагнитное поле) выглядит примерно так, как если бы внутри Земли находился гигантский прямоугольный магнит, ось которого наклонена к оси вращения Земли на угол 11,5 градусов. Заряженные частицы космических лучей, попав в магнитное поле Земли, захватываются им и оказываются в ловушке. Они кочуют от одного магнитного полюса к другому и обратно – такое движение продолжается от суток до 30-ти лет. Таким образом, геомагнитное поле является магнитной ловушкой для движущихся из космического пространства быстрых заряженных частиц, которые могли бы погубить все живое на Земле. Магнитное поле – наш защитник.

При вспышках на Солнце в межпланетное пространство выбрасываются быстрые заряженные частицы (протоны, электроны, атомные ядра). Спустя 1,5–2 суток частицы достигают верхних слоев атмосферы Земли и атакуют геомагнитное поле – оно как бы «сотрясается». Это явление называют магнитной бурей. Магнитные бури сопровождаются интенсивными полярными сияниями, ухудшением радиосвязи, бывают случаи отказа компьютеров и другого электронного оборудования; они могут ухудшать самочувствие людей. Опасные дозы облучения грозят космонавтам на околоземной орбите.

Солнечная активность резко возросла после 1940 года, почему – пока неясно. В ХХI веке вспышки на Солнце стали к тому же значительно мощнее, что вызывают беспокойство среди ученых. Гигантские вспышки стали происходить даже в годы относительного минимума солнечной активности. Нам повезло, что вспышка 5 ноября 2003 года произошла на самом краю солнечного диска, и основной удар пришелся не на Землю, однако везение не может длиться вечно…

6 ноября
Триумф теории относительности

6 ноября 1919 года секретарь Королевского астрономического общества сэр Артур Эддингтон объявил на заседании о подтверждении предсказаний, сделанных Эйнштейном на основе общей теории относительности.

7 ноября 1919 года заголовок лондонской Таймс сообщал: «Революция в науке! Новая теория мироздания! Идеи Ньютона низвергнуты!» Как теория тяготения Ньютона, так и общая теория относительности предсказывали, что луч света от звезды, проходя вблизи Солнца, должен искривляться. Но теория Эйнштейна предсказывала вдвое большее искривление, чем теория Ньютона. Чтобы выяснить, какая из теорий права, астрономы ждали с нетерпением полного затмения Солнца в 1919 году, чтобы измерить координаты звезд, видимых около края солнечного диска. Когда путь светового луча искривляется Солнцем, то положение звезды на небе кажется смещенным. Анализ полученных во время затмения фотографий занял пять месяцев. И вот получен ответ: прав Эйнштейн. Именно тогда Эйнштейн писал Максу Планку: «Судьба оказала мне милость, позволив дожить до этого дня».

Артур Эддингтон был выдающимся физиком-теоретиком. Как-то после заседания астрономического общества один из коллег сказал ему:

– Сэр, Вы, должно быть, один из трех человек в мире, которые понимают общую теорию относительности Эйнштейна.

Заметив замешательство Эддингтона, он добавил:

– Не скромничайте, Эддингтон.

На что тот ответил:

– Напротив, я стараюсь понять, кто этот третий человек.

7 ноября
Этот ужасный резонанс

7 ноября 1940 года при сильном ветре обрушился Такомский висячий мост (штат Вашингтон) из-за явления механического резонанса.

Каждый школьник слышал слово резонанс. Простой иллюстрацией резонанса является раскачивание качелей: если их подталкивать не как попало, а сообразуясь с их собственной частотой, можно с помощью небольших усилий очень сильно их раскачать. Собственные частоты есть не только у качелей. Любое твердое тело обладает упругостью и, значит, способностью колебаться. Говорят, что великий тенор Карузо мог разбить своим голосом бокал, взяв ноту надлежащей высоты, – это тоже пример резонанса. Есть и трагические примеры. 2 февраля 1905 года под копытами эскадрона гвардейской кавалерии в Петербурге рухнул Египетский мост через Фонтанку. А в 1940 году в Америке обвалился подвесной Такомский мост. И ветер-то был не такой уж сильный – 19 метров в секунду; строители предусматривали гораздо большую ветровую нагрузку. Но возможность резонанса они не учли. Вертикальные конструкции моста напоминают огромные струны «эоловой арфы». Когда дует ветер, струны эоловой арфы звучат, то есть колеблются. Колебания «струн» моста раскачали полотно моста. Амплитуда колебаний была так велика, что угол наклона проезжей части к горизонту достигал 45^o. Многочисленные корреспонденты и зеваки наблюдали за необычным явлением, когда мост стал как живой – качался и извивался. После часа таких колебаний часть проезжего полотна отломилась и рухнула в воду. Это событие было заснято на кинопленку и легло в основу документального фильма.