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

17 декабря
Рождение авиации

17 декабря 1903 года состоялся первый в истории полет самолета братьев Райт (США). Это день рождения авиации.

В то время только ленивый не пытался строить летательные аппараты. Братья Уилбер и Орвилл Райт, хотя и не были профессиональными инженерами, подошли к делу основательно. Несколько лет ушло на поиски способов управления полетом. Науки аэродинамики тогда еще не существовало – были лишь разрозненные сведения и догадки. Райты заметили, что птицы для управления полетом отклоняют вверх или вниз задние кромки раскрытых крыльев, и по этому же принципу сконструировали рули планера и самолета. Они построили собственную аэродинамическую трубу и в ней испытали более двухсот профилей крыла. И бензиновый мотор, и винты братья тоже сделали сами (теория воздушного винта была разработана Жуковским лишь десятилетие спустя). В знаменательный день 17 декабря 1903 года братья совершили по очереди три полета, самый длинный из которых занял 59 секунд, после чего самолет сломался. Несколько лет они совершенствовали свой самолет в обстановке секретности, отказываясь совершать публичные демонстрации. Лишь в августе 1908 года в Париже они потрясли публику совершенством своего летательного аппарата и искусством пилотирования. Братья Райт облетели Эйфелеву башню и мгновенно прославились. После кончины Уилбора Райта от брюшного тифа в 1912 году его брат больше никогда не строил самолеты.

Приоритет братьев Райт оспаривают многие. Так, французы считают, что пальма первенства принадлежит Альберто Сантос-Дюмонту – в ноябре 1906 он пролетел 240 м.

18 декабря
Последний универсальный теоретик

В декабре 1929 Лев Давидович Ландау приехал в Копенгаген на стажировку к Нильсу Бору. С тех пор он считал Бора своим единственным учителем.

В день смерти Ландау (1 апреля 1968) академик А. Б. Мигдал написал: «Умер один из удивительнейших физиков нашего времени. В наш век специализации науки это был, быть может, последний из ученых, занимавшийся всеми областями теоретической физики». Трудно найти область физики, которая не интересовала бы его. Сам же Ландау о себе говорил: «Нет, я не разносторонний, я, наоборот, узкий, я просто физик-теоретик. По-настоящему меня интересуют только пока еще неизвестные явления природы. И все. Исследования их я не назвал бы работой. Это высокое наслаждение, удовольствие, огромная радость. Ни с чем не сравнимая…» Это был человек ненасытной любознательности. Рассказывали, что однажды в университете Ландау ошибся дверью и попал на семинар, где обсуждались какие-то метеорологические проблемы. Он сел, послушал некоторое время выступавших, потом попросил слова и, к удивлению всех присутствующих, высказал очень любопытные идеи.

7 января 1962 года Ландау попал в автомобильную катастрофу. В те дни, когда медики и физики боролись за жизнь Ландау, Нильс Бор написал в Нобелевский комитет: «Нобелевская премия за 1962 г. должна быть присуждена Льву Давидовичу Ландау за то поистине решающее влияние, которое его оригинальные идеи и выдающиеся работы оказали на атомную физику нашего времени». И премия за 1962 год была вручена Ландау, – правда, не в Стокгольме, а в больнице Академии наук, и уже после смерти Бора.

19 декабря
«А был ли мальчик?»

19 декабря 1972 года на Землю вернулся «Аполлон-17», совершивший шестую (последнюю) высадку на Луну.

Идеи о том, что высадка американских астронавтов на Луну – это фальсификация, ходили с момента первого пилотируемого полета на Луну «Аполлона-11» в 1969 году. Так, в России, согласно опросам, в 2018 году в «лунный заговор» верило больше половины россиян. Аргументы сторонников заговора были основаны на фото– и киноизображениях, полученных во время лунных экспедиций. Дескать, флаг почему-то колышется, хотя воздуха на Луне нет, звезд на небе не видно… Аргументы достаточно легко опровергались: рябь на флаге после его установки вызвана не ветром, а затухающими колебаниями, а снять одновременно освещенные солнцем объекты и звезды невозможно. Но теория заговора продолжала жить. А снимков Луны с таким высоким разрешением, чтобы можно было разглядеть оставшиеся на Луне модули аппаратов, до поры до времени не было. И вот в 2010 году китайский аппарат «Чаньэ-2» провел новую фотосъемку участков Луны. На его снимках различимы все 6 мест посадок американских астронавтов. Снимки были выложены на портале научных данных китайской программы изучения Луны лишь в 2018 году. А в 2011 году американский искусственный спутник Луны LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) снял с разрешением до 0,55метра все места посадок пилотируемых кораблей, американских и советских автоматических станций. «Нашелся» на снимках и пропавший Луноход-1 (см. 30 ноября), который гораздо меньше посадочных ступеней «Аполлонов». Так что в дискуссии о «лунном заговоре» поставлена жирная точка.

20 декабря
Физические развлечения: свеча горит под водой

Эффектные оптические «фокусы» вы можете сделать с помощью стеклянной пластины или прозрачной коробки от компакт-диска (коробку, раскрыв, удобно ставить вертикально на стол). Фокусы основаны на использовании стеклянной пластины как полупрозрачного зеркала. Зеркальные свойства стекла особенно заметно проявляются, когда по другую сторону стекла нет ярких источников света (вспомните, как хорошо можно смотреться в стеклянные дверцы шкафов). Итак, поставьте свечу перед стеклянной пластиной, а с другой стороны от свечи поставьте дощечку, чтобы спрятать свечу от зрителя. Свеча отразится от поверхности стекла, и вы увидите ее изображение по другую сторону пластины. Если теперь поместить стакан с водой там, где видно изображение свечи, то будет казаться, будто свеча в самом деле горит под водой. Продолжим «фокусы». Вместо стакана с водой поместите на месте изображения горящей свечи такую же свечу, но не зажженную. Будет полная иллюзия, что вторая свеча тоже горит. В ее «пламя» можете опустить пальцы!

21 декабря
Грамм добычи – годы труда

21 декабря 1898 года Мария и Пьер Кюри открыли еще один радиоактивный элемент, который они назвали радием.

Новый элемент обнаружился в минерале ураните, в котором чуть ранее супруги Кюри уже нашли неизвестный элемент полоний (см. 18 июля). Надо было исследовать химические свойства новичков и определить их атомные массы. Для этого супругам Кюри понадобились годы упорной работы. Пожалуй, это был самый героический труд в истории науки. Для выделения этих элементов в чистом виде пришлось переработать тонны довольно дорогого минерала – урановой смолки (самой распространенной разновидности уранита). Ближайшие рудники, в которых она имеется, находятся в Австрии. Там она выделялась из руд с целью последующего извлечения урановых солей, употреблявшихся в стекольном производстве. Купить так много дорогой руды Мария и Пьер не могли. Спасла находчивость: они поняли, что полоний и радий должны оставаться в отходах после извлечения урановых солей. Стоимость отходов невелика. Австрийское правительство по ходатайству Венской академии наук постановило отдать безвозмездно отходы, похожие на дорожную пыль, двум ученым. Пьер Кюри так и не дожил до окончания этой каторжной работы, он трагически погиб в апреле 1906 года. Мария продолжила дело одна. Первый в мире грамм чистого радия был ею получен только в 1910 году. За 12 лет было переработано 8 тонн отходов урановой руды. Через год Мария Кюри была удостоена Нобелевской премии по химии.

Огромные дозы облучения, полученные в ходе работы, не прошли даром. В 66 лет Мария Кюри скончалась от лучевой болезни.

22 декабря
Герой советской теоретической физики

22 декабря 1898 года родился Владимир Александрович Фок, выдающийся физик-теоретик (ум.1974).

Нильсу Бору Фок напоминал Пьера Безухова – не только внешностью, но глубокой порядочностью и углубленностью. Во время Первой мировой войны юный Фок пошел добровольцем на фронт, был контужен и почти оглох (всю жизнь потом пользовался слуховым аппаратом). В университете он увлекся квантовой теорией и стал одним из ее признанных лидеров. В неполные 34 года был профессором и член-корреспондентом Академии. А в 1937-м Фока арестовали. То, что произошло дальше, коллеги назвали «чудом святого Владимира». Жена Фока позвонила академику Крылову и сказала: «Владимир Александрович к вам сегодня обедать не придет». Поскольку никакой договоренности об обеде не было, Крылов понял, что Фок арестован. В этот момент у него находился Петр Капица, который немедленно отправил письмо Сталину: «Таких ученых, как Фок, у нас не много, и им союзная наука может гордиться перед мировой наукой, но это затрудняется, когда его сажают в кутузку». Через несколько дней Фока отпустили.

Когда в конце 40-х – начале 50-х квантовая механика и теория относительности попали в разряд «буржуазных наук», Фок защищал физику от невежества. Вот идет «диспут» физиков с советскими философами. Фок говорит: «Вот что, товарищи, мы с вами спорим 25 лет. За это время мы, физики, изучили диалектический материализм, знаем его, а вы, философы, так ничего и не поняли в физике». Вынимает из ушей микрофоны слухового аппарата, при гробовой тишине зала сходит с эстрады и выходит из зала.

23 декабря
Один, два, много

23 декабря 1947 года американская фирма Bell Labs впервые продемонстрировала транзистор. В 1956 году его создатели Шокли, Бардин и Браттейн получили Нобелевскую премию по физике.

В 1920-х был создан кристаллический детектор, состоящий из крохотного кристалла полупроводника (германия или кремния) и острой иглы. Этот прибор хорошо проводил ток в одном направлении и плохо в другом, т. е. являлся диодом. Кроме того, в темноте у кристаллических диодов можно было заметить слабое свечение (их стали называть «светлячками Лосева»). Сейчас эти светлячки превратились в яркие светодиоды. Если в один кристалл полупроводника воткнуть сразу две иглы, то получится два кристаллических детектора. А если кончики иголок расположить очень близко друг к другу, то получится транзистор – устройство, с помощью которого можно усиливать электрический ток и управлять им. Эти так называемые точечные транзисторы делали вручную, и автоматизировать этот процесс не удалось. Поэтому постепенно их вытеснили планарные (плоские) транзисторы. Сегодня используют не отдельные транзисторы, а микросхемы, содержащие тысячи и миллионы транзисторов на одном кристалле. Они создаются методами групповой технологии, аналогичными книгопечатанию. Если бы не транзисторы, не было бы у нас ни миниатюрной радиоаппаратуры, ни персональных компьютеров, ни смартфонов. По своему воздействию на человеческую культуру появление микросхем вполне сравнимо с началом книгопечатания.

Чем германиевый транзистор отличается от кремниевого? Один делают в Германии, а другой – в Силиконовой (Кремниевой) долине.

24 декабря
Предсказание Лавуазье

24 декабря 1877 года на заседании Парижской Академии наук было сделано сообщение о получении жидкого кислорода, а через неделю – об ожижении азота.

Открывший заседание секретарь Академии прочел цитату из работы Лавуазье, в которой великий химик писал, что если бы температура Земли была такой низкой, как на Юпитере, то все атмосферные газы превратились бы в жидкости. Но почти столетие после этих пророческих строк никак не удавалось сделать воздух жидким. Некоторые из газов (аммиак, углекислый газ) были действительно ожижены путем их сжатия, но ни кислород, ни азот не превращались в жидкости таким способом. Чтобы создать давление в 200 атмосфер, цилиндры с этими газами погружали в океан на глубину около 2 км. Но и при таком давлении они оставались газами! Многие ученые верили, что атмосферные газы относятся к так называемым «постоянным газам». Наконец, выяснилось, что для превращения этих газов в жидкость их надо не только сжимать, но и охлаждать ниже так называемой критической температуры, величина которой зависит от сорта газа. Так, если для углекислого газа эта температура +31 °C, то для кислорода и азота критические температуры очень низки: соответственно –119 °C и –147 °C. Миф о существовании «постоянных газов» был развенчан – предсказание Лавуазье оказалось абсолютно верным.

8 мая 1794 года Лавуазье погиб под ножом гильотины французских революционеров. Эпитафией стали слова известного математика Лагранжа: «Понадобилось одно мгновение, чтобы отрубить эту голову, но и столетия будет мало, чтобы создать подобную ей».

25 декабря
Как заморозили ртуть

25 декабря 1759 года Петербургскому академику Йозефу Брауну впервые удалось заморозить ртуть.

Ртуть – единственный металл, остающийся жидким при комнатной температуре. Впервые обнаружил замерзание ртути в термометре в 1736 году в Иркутске французский астроном и географ Делиль (он прожил у нас более 20 лет). Брауну же, прибывшему к нам из Лейпцига, удалось заморозить ртуть искусственно. Во все времена получать тепло было проще, чем получать холод. Вплоть до конца XVIII века для охлаждения применяли специальные смеси. К примеру, если смешать снег при нулевой температуре и поваренную соль, то можно получить двадцатиградусный мороз. 14 декабря 1759 года в Петербурге «чрезмерная случилась стужа». Браун решил узнать, «сколько сию естественную стужу искусством умножить можно». Он смешал в сосуде лед с азотной кислотой и опустил туда термометр. Через некоторое время ртуть в нем замерзла. Он заказал еще несколько термометров, которые были готовы к 25 декабря. Хорошо, что морозы не уменьшились. В этот день Браун, повторив опыт, разбил термометр и достал шарик твердой ртути. К ее исследованию подключились Ломоносов и другие академики. Ртуть, как типичный металл, изгибалась, ковалась и твердостью напоминала свинец. Сообщение об этом открытии с поразительной для того времени быстротой достигло Европы и произвело настоящую сенсацию. Температуру же замерзания ртути (–38,9 °C) удалось измерить лишь в 1785 году, и тоже петербургским академикам.

– Доктор, мой ребенок откусил кончик градусника и проглотил! Что делать?

– Покупайте новый.

26 декабря
Самое смертоносное землетрясение

Оно произошло 26 декабря 2004 года в Индийском океане.

Это землетрясение привело к гибели более 200 тысяч человек, десятки тысяч пропали без вести. Были в ХХ веке более сильные землетрясения, но погибших тогда было значительно меньше. Что же случилось в тот день? На дне Индийского океана, где Индийская тектоническая плита соприкасается с Бирманской, произошел разлом длиной 1200 км. Одна плита «залезла» под другую. Резкие вертикальные сдвиги морского дна вызвали перемещение огромных масс воды, что породило цунами. Волна побежала от всей линии разлома на запад и восток и достигла побережий. В глубоководной части волна цунами выглядит как небольшой бугорок, с виду неопасный, при этом она перемещается со скоростью самолета. Когда волна приближается к берегу, уровень моря сначала чуть повышается, затем вода на несколько минут отступает, как при отливе, а потом обрушивается на берег со всеразрушающей силой! Радиолокационные спутники зафиксировали цунами в глубоководной части океана (бугорок высотой 60 см). Волне понадобилось от 50-ти минут до 7 часов, чтобы достичь берегов. Несмотря на такой запас времени, практически для всех жертв удар цунами был неожиданным – не разработана система общего оповещения населения прибрежных районов. Если измерять в потерянных жизнях, это одно из десяти худших землетрясений в истории человечества.

Жители острова Северный Сентинел, живущие на уровне каменного века, спаслись от этого цунами. Как только начались подземные толчки, они собрали детей, вещи и ринулись на холмы. Так учили их предки.

27 декабря
Гармония мира Кеплера

27 декабря 1571 года родился Иоганн Кеплер, немецкий математик, астроном и оптик, открывший законы движения планет (ум. 1630).

Кеплер верил, что его призвание – открыть тайны Вселенной. Тихо Браге, оставивший Кеплеру в наследство огромный массив астрономических наблюдений планет, сделал хороший выбор – больше всего на свете Кеплер любил числа и вычисления. 20 лет Тихо Браге вел наблюдения за движением планет. Почти 20 лет Кеплер потратил на обработку этих данных. Венцом его трудов стали три знаменитых закона Кеплера. Первый (открыт в 1605): каждая планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Второй (1602): радиус-вектор планеты за равные промежутки времени заметает равные площади. Третий (1618): квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших осей их эллиптических орбит. Свои выводы он изложил в книге «Гармония мира». Суть обнаруженных законов представлялась Кеплеру таинственной. Лишь 70 лет спустя Исаак Ньютон сформулирует законы динамики и закон всемирного тяготения. Тогда законы Кеплера станут понятны как частный случай более общих принципов. Помимо этих законов, Кеплер объяснил происхождение приливов, форму снежинок, работу глаза, очков, телескопа, написал научно-фантастическую повесть о полете на Луну и многое другое. При всем при том он редко вылезал из бедности, его семейная жизнь сложилась неудачно, и долгие он годы скитался по Европе в качестве наемного астролога. Терпеливо перенося тяготы жизни, он думал и вычислял. Гармония мира – это и есть смысл жизни Иоганна Кеплера.

28 декабря
Артур Эддингтон

28 декабря 1882 года родился Артур Эддингтон, знаменитый английский астроном и физик (ум. 1944).

Эддингтон стал редким явлением в истории астрономии – талантливый наблюдатель и гениальный теоретик в одном лице. Главный его вклад в астрономию – создание теории внутреннего строения звезд. Он первым предположил, что звезда – газовый шар, а не жидкость, как считали раньше. Внутри звезды при температуре в десятки миллионов градусов идут ядерные реакции синтеза, которые и обеспечивают свечение звезды. Три главные силы поддерживают равновесие звезды: сила тяготения стремится сжать вещество, а упругость горячей плазмы и световое давление – расширить. В нормальной звезде эти силы уравновешены. Световые кванты, испускаемые в звездных недрах, многократно поглощаются атомами и вновь испускаются, «блуждая» в звезде многие тысячи лет, прежде чем выйти наружу. Если бы термоядерная «печка» в центре звезды вдруг погасла, мы бы узнали об этом лишь через тысячелетия.

Эддингтон создал теорию белых карликов – особо плотных звезд. Целая тонна их вещества поместилась бы в спичечную коробку! Белые карлики были открыты еще в XIX веке, но лишь квантовая механика смогла объяснить их природу. Вещество внутри белого карлика так сильно сжато, что внешние электронные оболочки атомов буквально раздавлены. Электроны уже не связаны с отдельными ядрами, а свободно движутся относительно них. Такое вещество в чем-то напоминает металл, но гораздо более плотный.

Когда ядерные реакции внутри нашего Солнца прекратятся, оно сожмется и тоже станет белым карликом (см. 3 мая).

29 декабря
Войны и землетрясения

После бомбардировок Югославии в 1999 году (суммарная мощность сброшенных бомб составила 500 килотонн) ученые обратили внимание, что количество землетрясений в Европе за двухнедельный срок значительно превысило средний уровень. Это был не первый такой урок. Столько же бомб американцы обрушили на Кувейт и Ирак в 1991 году, что вызвало серьезное повышение сейсмичности в этих странах и в Иране. Интенсивные бомбардировки Афганистана в 2001 году привели к целой серии землетрясений в Афганистане и Пакистане и в городах Душанбе, Ташкенте и Самарканде. Уже не вызывает сомнений, что мощные бомбардировки провоцируют землетрясения, воздействуя на их готовящиеся очаги. Земная кора как губка всасывает в себя энергию взрывов, а потом «разряжается» землетрясениями. Когда это произойдет – через месяц, год, десятилетия – предсказать невозможно. Особенно сильно воздействуют на земную кору подземные взрывы. Индия и Пакистан в мае 1998 года провели подземные ядерные испытания, что инициировало сильные землетрясения: в Западном Китае на расстоянии около 1300 километров от полигона; на следующий день в полутора тысячах километров в Киргизии, еще через день в Афганистане. Тогда погибли более шести тысяч человек. Ученые предупреждают: итогом активных боевых действий, а также подземных ядерных испытаний в сейсмически опасных зонах, может стать целая серия крупных геофизических катастроф. «Не будите спящего медведя»!

Разрушительные землетрясения последних лет связаны с выкачиванием из-под земли нефти и газа. Пример – Нефтегорское землетрясение 1975 года на Сахалине.