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

8 февраля
Как начинались науки в России

8 февраля 1724 года указом Петра I основана Петербургская Академия наук. С 1999 года этот день считают Днем российской науки.

С начала XVII века в разных странах Европы открывались первые научные Академии. И в России Петр Великий, прекрасно понимавший пользу науки для государства, вынашивал мысль о создании Академии. Своих ученых у нас тогда не было, а с иностранцами возникали сложности. Петр требовал, чтобы приглашали крупнейших ученых Европы, но не все хотели ехать в далекую и неведомую северную страну с отвратительным климатом. Петр даже распорядился кормить академиков, чтобы приезжие ученые «времени не теряли бездельно» и не таскались по трактирам, а также выдавать им «довольное жалованье». Но не только едой и жалованьем Петр завлекал ученых. Сам сведущий в науках, он сумел собрать все, что для них необходимо: отличный запас книг, дорогие инструменты. Уже после смерти Петра, в 1725 году, его вдова Екатерина I принимала первых академиков. Приехали люди талантливые и незаурядные, среди них гениальный математик Леонард Эйлер (см. 4 апреля), Николай и Даниил Бернулли. Мы обычно представляем себе академиков степенными, убеленными сединами, но все первые российские академики были очень молодыми: Эйлеру исполнилось всего лишь 20 лет, братьям Даниилу и Николаю Бернулли – 25 и 30, был даже 18-летний академик. А через 30 лет после основания в Академии было уже 10 русских академиков.

Российские академики живут в среднем на 13 лет дольше обычных граждан. Умственная работа продлевает молодость и жизнь!

9 февраля
Сколько нас в России?

9 февраля 1897 года состоялась Первая всеобщая перепись населения Российской империи.

По данным на 1 января 2020, Россия по численности населения занимала девятое место в мире. А в конце XIX века население той части Российской империи, которая ныне соответствует территории России, уступало только Китаю и Британской Индии. За прошедшие годы население на территории, соответствующей нынешней России, выросло в два с лишним раза: с 67 млн 473 тыс. человек (1897) до 146 млн 171 тыс. человек (2021). В 1897 году здесь проживало более 5 % населения планеты, сейчас – 1,88 % мирового населения. Россия понесла большие потери населения в годы Гражданской и двух мировых войн, а также репрессий 1930–1940-х. Только прямые потери России от социально-исторических катаклизмов 20 века составляют от 42 до 65 млн жизней. К ним еще нужно добавить и косвенные потери, вызванные резким снижением рождаемости во времена невзгод. Несмотря на это, население России увеличивалось вплоть до 1992 года. А с середины 1992 впервые в послевоенной истории России численность населения начала сокращаться. В 2010 году это процесс сокращения был остановлен.

В XIII веке население Руси составляло около 10 млн человек. Во время царствования Петра Первого в Российском царстве проживало около 15-ти миллионов человек. Средний возраст населения Российской империи в 1897 году – 21,16 лет (не путать со средней продолжительностью жизни). В 2021-м средний возраст жителей России – 40,2 года.

10 февраля
Первый советский физик-теоретик

10 февраля 1894 года родился российский физик-теоретик Яков Ильич Френкель (ум. 1952).

Несмотря на существование отдельных корифеев науки, вроде П.Н. Лебедева, как преподавание физики, так и исследовательская работа в области физики находились в дореволюционной России на крайне низком уровне. Получать серьезное научное образование ездили в Германию или Англию. Но вот к 1916–1917 годам Абрам Федорович Иоффе сгруппировал вокруг себя в Петербурге несколько молодых талантливых физиков, среди которых были Петр Капица и Яков Френкель. Отечественная физика начала быстро развиваться. Френкель стал одним из первых физиков-теоретиков в советской России. Молодое поколение физиков, как правило, не представляет себе значимость вклада Якова Ильича в современную физику. «Он давал главное – давал новые идеи, создавал новые концепции, – писал Игорь Евгеньевич Тамм. – Эти идеи и концепции подхватывались другими учеными, которые детально их разрабатывали <…>. Имена этих ученых известны всем специалистам в соответствующей области науки, решающая же роль идей Якова Ильича слишком часто оставалась в тени». Лишь несколько примеров. Френкель первый применил квантовую теорию к металлам. В теории ядерных реакций он впервые ввел понятие температуры возбужденного атомного ядра и трактовку его распада как «испарения» элементарных частиц из «нагретого» ядра. Именно Френкелю принадлежит идея, согласно которой земной магнетизм возбуждается токами, возникающими при вращении жидкого проводящего ядра Земли относительно внешних ее слоев… Перечислить все невозможно.

11 февраля
Как было открыто деление ядер

11 февраля 1939 года в журнале «Nature» появилась статья Отто Фриша и Лизы Мейтнер «Деление урана с помощью нейтронов: новый тип ядерной реакции».

Это открытие сыграло важнейшую роль в судьбах всего мира – оно привело к созданию атомных реакторов и атомных бомб. А началось все с попыток Энрико Ферми синтезировать трансурановые элементы, облучая уран нейтронами (см. 8 июня). Действительно, при этом возникали новые радиоактивные ядра. Но их оказалось так много, что разобраться, что же именно получилось, было непросто. Мешала исходная установка, что новые ядра являются более тяжелыми, чем уран.

Однако в декабре 1938 года немецкие химики Ган и Штрассман установили, что после облучения урана возникают также некоторые элементы из середины таблицы Менделеева. Они вплотную подошли к разгадке, но все же не дали ответа: как возникли эти элементы? Верный вывод – захватывая нейтроны, ядра урана делятся на осколки – сделали их коллеги-физики Отто Фриш и Лиза Мейтнер. Позднее Фриш вспоминал: «Я вернулся в Копенгаген и едва успел сообщить Бору о нашей идее в тот самый момент, когда он уже садился на пароход, отправляющийся в США. Я помню, как он хлопнул себя по лбу, едва я начал говорить, и воскликнул: «О, какие мы были дураки! Мы должны были заметить это раньше!» 26 января Нильс Бор сообщил о делении урана на конференции в США. Не дожидаясь конца доклада, физики один за другим стали покидать заседание, чтобы проверить сообщение в своих лабораториях.

До взрыва первой атомной бомбы оставалось шесть с половиной лет…

12 февраля
Миссия перевыполнена!

12 февраля 2001 года американский космический зонд «Шумейкер» впервые в истории совершил мягкую посадку на астероид Эрос.

Эрос – самый крупный из тысяч околоземных астероидов. Самая ближняя к Солнцу точка его орбиты вплотную приближается к орбите Земли. Но не беспокойтесь: в ближайший миллион лет столкновение с этим астероидом длиной около 34 км нам не грозит. Эрос стал первым астероидом, с которым человечество соприкоснулось в прямом смысле слова. 14 февраля 2000 года на орбиту Эроса вышел американский зонд «Шумейкер», став первым в истории искусственным спутником астероида. Находясь на орбите, зонд фотографировал, строил карту поверхности, изучал геологический состав Эроса. А через год, тоже впервые, мягко опустился на его поверхность и проработал там две недели. Удивительно, но в плане миссии не было цели совершать мягкую посадку: зонд не был сконструирован для этой задачи! Предполагалось, что он всего лишь столкнется с астероидом и разрушится, успев передать напоследок фотоснимки поверхности. Решение о посадке было принято после того, как аппарат выработал свой летный ресурс. Мягкой посадке способствовала крайне малая сила тяжести на Эросе (вес 500-килограммового аппарата там соответствует массе 500 г на Земле).

По данным аппарата, Эрос – просто кладезь разных полезных руд: алюминия и металлов платиновой группы. Стоимость его полезных ископаемых оценивается в 20 триллионов долларов! Так что не исключено, что в будущем, с развитием технологий, за добычу металлов на Эросе возьмутся всерьез и буквально растащат астероид на кусочки.

13 февраля
Этот удивительный лед

13 февраля 1972 года завершились Олимпийские игры в Саппоро, на которых применялась новая технология получения льда.

В 1971 году в Саппоро состоялись соревнования, являвшиеся как бы репетицией Олимпийских игр. На этих соревнованиях конькобежцы отметили, что по льду катка коньки плохо скользят. Известный японский физик Н. Маэно занялся выяснением причин. Оказалось, что поверхность льда засорена различными примесями. Кроме того, лед содержал много пузырьков воздуха. Причина, приводящая к плохому качеству поверхности льда, состояла в следующем. Вода – прекрасный растворитель, поэтому она практически всегда представляет собой смесь, содержащую разнообразные химические элементы и соединения, а также нерастворимые в воде примеси. При образовании льда «все лишнее» плохо встраивается в его кристаллическую решетку и вытесняется на поверхность. Внутри объема лед всегда химически чист, даже если он образуется из взвеси или раствора. Вам, возможно, приходилось наблюдать, что льдинки, образовавшиеся даже на грязных лужах, чисты и прозрачны. Метод вымораживания иногда используют для очистки воды, а северные народы могут получать почти пресную воду из морского льда. В планетарном масштабе именно замечательный феномен замерзания и таяния воды играет роль гигантского очистительного процесса – вода на Земле постоянно очищает сама себя.

На следующий год на олимпиаде в Саппоро для получения идеальной поверхности льда использовалась очищенная вода; кроме того, чтобы лед был без пузырьков, скорость его роста по всему катку все время поддерживалась меньше 2 мм/час.

14 февраля
Идеи в воздухе витают

14 февраля 1876 года американский ученый Александр Белл подал заявку на изобретение телефона.

В тот день Александр Белл был не единственным, кто принес в Бюро патентов США заявку на «прибор для передачи на расстояние человеческой речи» – телефон (это слово означает «далекий звук»). Инженер Э. Грей опоздал с аналогичной заявкой в это же Бюро всего на два часа. 10 лет между ним и Беллом длилась судебная тяжба за приоритет. Победа осталась за Беллом. 10 марта того же года состоялся первый телефонный разговор. Белл сумел дозвониться до своего помощника Томаса Уотсона, находящегося в соседней комнате, сказал ему: «Мистер Уотсон, зайдите ко мне. Вы мне нужны», – и тот понял, что хотел шеф. Правда, опыты проходили уже год, и, возможно, Уотсон, прекрасно знавший, чего добивается изобретатель, просто решил сделать ему приятное, так как прошло еще немало времени, прежде чем был создан аппарат, позволявший хорошо понимать человеческую речь. Как бы то ни было, этот день считается первым, когда человек, подняв телефонную трубку, услышал обращенные к нему слова.

В день похорон Белла 2 августа 1922 года на одну минуту замолчали все телефонные аппараты Америки. Так телефонные компании США почтили память своего прародителя.

Сам Белл наотрез отказывался пользоваться телефоном. Он объяснял: «Я не могу позволить себе роскошь то и дело прерывать ход своих размышлений. Если уж я думаю, то не желаю, чтобы меня беспокоили по какой бы то ни было причине. Сообщения могут подождать, а вот идеи – никогда».

15 февраля
Принцип относительности Галилея

15 февраля 1564 года родился Галилео Галилей, физик и астроном, известный своими экспериментами по механике, наблюдениями планет и активной поддержкой гелиоцентрической системы (ум. 1642).

Принцип относительности Галилея стал в дальнейшем «первым китом» механики. Он гласит: все инерциальные системы отсчета равноправны. А вот как объяснял этот принцип сам Галилей в 1632 году: «Уединитесь в просторное помещение под палубой корабля, запаситесь мухами, бабочками и другими подобными мелкими летающими насекомыми; подвесьте далее наверху ведерко, из которого вода будет капать капля за каплей в другой сосуд с узким горлышком, подставленный внизу. Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте, как мелкие летающие животные с одной и той же скоростью движутся во все стороны помещения; все падающие капли попадут в подставленный сосуд; и если вы будете прыгать сразу двумя ногами, то сделаете прыжок на одинаковое расстояние в любом направлении. Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью, и тогда (если только движение будет равномерным и без качки в ту и другую сторону) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно. <…> И причина согласованности всех этих явлений в том, что движение корабля обще всем находящимся в нем предметам, так же как и воздуху; поэтому-то я и сказал, что вы должны находиться под палубой…»

– Почему земля вертится?

– Потому что физики переворачиваются в гробах во время ответов школьников на экзаменах.

16 февраля
Остановить глобальное потепление!

16 февраля 2005 года вступил в силу Киотский протокол: международное соглашение, цель которого – сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу для противодействия глобальному потеплению.

Развитие промышленности увеличило выброс в атмосферу парниковых газов, прежде всего углекислого газа, метана и фреонов. Эти газы пропускают солнечные лучи в атмосферу, но задерживают исходящее от Земли тепловое инфракрасное излучение. В итоге средняя температура Земли растет (см. 21 августа). Главный источник выделения парниковых газов – электростанции, работающие на ископаемом топливе. На их долю приходится 25 % глобального выброса таких газов. Опасный фактор – уничтожение лесов: ведь они поглощают углекислый газ. 13 % выбросов парниковых газов дает автомобильный транспорт, еще 6 % – добыча нефти и газа. Химические удобрения, применяемые в сельском хозяйстве, выделяют закись азота и вносят еще 6 % в глобальный выброс. Животноводство добавляет еще 5 %. Самый большой вклад в загрязнение атмосферы парниковыми газами дает Китай, на втором месте – США, затем идут Индия и Россия. Увы, главные загрязнители – Китай, США и Индия – отказались выполнять условия протокола.

За 10 лет после принятия протокола страны-участницы соглашения перевыполнили взятые обязательства и сократили выбросы парниковых газов более чем на 20 %, в основном благодаря развитию «зеленой энергетики» – электростанций, работающих на энергии солнца, ветра и воды (см. 31 марта). Но затем дело застопорилось…

В России около половины выбросов парниковых газов приходится на торфяники и болота.

17 февраля
Джордано Бруно

17 февраля 1600 года на костре инквизиции заживо сожжен Джордано Бруно.

Итальянский монах Джордано Бруно не был ученым. Но история науки была бы беднее без него. Когда знакомишься с его головокружительными идеями, возникает мистическое чувство, будто этот мыслитель и провидец перенесся в эпоху инквизиции прямо из ХХ века! Судите сами: Джордано Бруно говорил о бесконечной Вселенной, у которой нет центра. Звезды, думал он, – это такие же солнца, как наше, но очень далекие. Вокруг них вращаются планеты, подобные Земле, и на многих из них наверняка есть жизнь, не обязательно похожая на нашу, ведь миры бесконечно разнообразны. Он предугадал, что Солнце, как и планеты, вращается вокруг своей оси; предсказал, что, помимо видимых глазом планет, в нашей системе есть и другие, более далекие и потому не видимые. Светила и планеты рождаются и умирают. Меняется и наша Земля: моря превращаются в континенты, а континенты – в моря.

Эти взгляды, ныне столь естественные, тогда казались безумием, они рушили привычную картину мира. Бруно скитался по Европе, спасаясь от преследований инквизиции, но писал и издавал все новые книги. В 1593 году он был арестован в Венеции и выдан римским церковным властям. Судебные власти Венеции характеризовали его так: «Он совершил тягчайшее преступление в том, что касается ереси, но это один из самых выдающихся и редчайших гениев, каких только можно себе представить, и обладает замечательными познаниями, и создал замечательное учение». Выслушав смертный приговор инквизиции, Джордано сказал: «Сжечь – не значит опровергнуть».

18 февраля
Об электричестве «животном» и «металлическом»

18 февраля 1745 года родился Алессандро Вольта, итальянский физик и химик (ум. 1827), создавший в 1800 году первый источник постоянного тока, впоследствии названный элементом Вольты.

В 1780 году профессор анатомии Гальвани, препарируя лягушек, заметил, что лягушачья лапка сокращается при соприкосновении с металлами. Гальвани решил, что существует особое «животное» электричество, которое и заставляет лапку лягушки сокращаться. Алессандро Вольта, повторив опыты Гальвани, сделал другой вывод: электричество вырабатывается при контакте двух разных металлов, а лапка просто служит чувствительным индикатором. Чтобы доказать, что «животное» здесь ни при чем, он заменил лапку раствором соли. При помещении в раствор серебряной и цинковой пластин между ними возникает электрическое напряжение. Правда, оно невелико. Но можно усилить эффект, соединив последовательно много таких элементов друг с другом. Так появился знаменитый «вольтов столб» и возможность создавать постоянный ток. Началась новая эпоха в науке.

Вы можете сделать элемент Вольты, просто воткнув в яблоко или картофелину железный гвоздь и кусок медной проволоки – главное, чтобы было два разных металла. Железо станет отрицательным электродом, а медь – положительным. Вольтметр зарегистрирует возникшее между ними напряжение.

Все архивы и уникальные приборы Вольты сгорели в 1900 году во время пожара на выставке в его родном городе, посвященной 100-летию великого открытия. Пожар произошел из-за неисправной электропроводки…

19 февраля
Из истории фонографа

19 февраля 1878 года Томас Эдисон получил патент на изобретение фонографа.

Всем известно, что фонограф – устройство для записи и воспроизведения звука – изобрел знаменитый Эдисон. Действительно, в 1877 году он уже демонстрировал фонограф своим друзьям в Америке и очень гордился этим изобретением. Он подал заявки на изобретение фонографа в США и во Франции: Эдисон патентовал все свои изобретения, причем одновременно в разных странах. Но, как случается в истории, одновременно подобное устройство изобрел француз Шарль Кро. Он был известен в Париже как популярный шансонье, талантливый литератор и живописец. Мало кто знал о другой стороне его жизни – изобретательстве. На всемирной выставке в Париже он демонстрировал автоматический телеграф; он изобрел также метод получения цветных фотографий. В апреле 1877 года Шарль Кро подал во Французскую Академию наук описание аппарата для записи и воспроизведения речи. 11 декабря того же года во французском журнале «Рапель» появилась заметка о фонографе Кро.

В начале 1878 года Эдисон получил свои патенты на фонограф в США и Франции. А как же Шарль Кро? Во Французской академии наук о его заявке просто забыли, а сам Кро довольно равнодушно отнесся к своему изобретению и не стал устраивать битву за приоритет.

Когда в США стало известно о «говорящей машине», посмотреть и послушать ее было столько желающих, что на линии, ведущей к Менло-Парку (Нью-Джерси), где жил и работал Эдисон, пришлось пустить дополнительные поезда. Позднее фонограф показывали в цирках как «необъяснимую загадку природы».

20 февраля
Большой Взрыв

20 февраля 1904 года родился Георгий Гамов, создатель теории Большого Взрыва и туннельного эффекта (ум. 1968).

После открытия Хабблом разбегания галактик (см. 175января) стало ясно, что некогда вся материя Вселенной находилась в одной точке. Следующий важный шаг в космологии сделал Георгий Гамов. Это русский физик, который уже в 28 лет стал академиком, а через год, в 1933-м, эмигрировал в США. В 1946 году Гамов показал, что Вселенная не просто начала когда-то расширяться – она должна была взорваться из сверхплотного и очень горячего состояния. Свою модель он назвал Большим Взрывом. Первоначально эта идея казалась физикам фантастической. Сам Гамов указал на способ проверки теории Большого Взрыва: если такой взрыв имел место, то уже на ранних стадиях расширения должно было возникнуть пронизывающее весь мир электромагнитное излучение, соответствующее чрезвычайно высокой температуре. Но по мере расширения Вселенной это первичное («реликтовое») излучение должно остывать. К настоящему времени (в космологии счет времени идет на миллионы лет, 1965 год и 2021 – это для космологов и для реликтового излучения одно и то же), по оценкам Гамова, температура излучения должна составлять 3–4 градуса Кельвина, длина волны – несколько сантиметров. Предсказание это было подтверждено при жизни Гамова, в 1965 году (см. 4 мая).

В 1990 году, через 22 года после смерти ученого, имя Георгия Гамова было восстановлено в списках членов Академии наук СССР, откуда его вычеркнули в 1938-м.

Температурой теплового излучения называют температуру такой замкнутой системы, в которой такое излучение может существовать в равновесии с веществом.