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

Апрель

1 апреля
Всемирный день смеха

Первоапрельские розыгрыши бывают даже в космосе! Самый знаменитый розыгрыш устроил в 1973 году Оуэн Гарриотт, член экипажа американской орбитальной станции «Скайлэб». Он захватил с собой в космос диктофон, на который его жена наговорила несколько заранее составленных фраз. Когда в один из дней оператор Роберт Криппен вышел на связь со станцией, Гарриотт ждал у передатчика с диктофоном в руке. Состоялся следующий диалог:

– «Скайлэб», это Хьюстон, ответьте.

– Здравствуйте, Хьюстон, – бодрым женским голосом отозвалась станция, – это «Скайлэб».

Земля после секундного колебания:

– Кто говорит?

– Привет, Боб, – отозвалась станция. – Это Хелен, жена Оуэна.

Боб несколько секунд переваривал ответ, а затем с трудом выдавил:

– Что ты там делаешь?

– Я тут решила ребятам поесть принести. Все свеженькое, – успокоил его голос с орбиты.

Центр управления молчал около минуты, а затем отключился. Видимо, у офицера связи сдали нервы.

Внеочередной аварийный сеанс связи Международной станции «Альфа» с Ц ентром управления полетом:

– Земля, Земля, у нас внештатная ситуация! Вышел из строя главный бортовой компьютер! Что делать?!

Ответ Земли:

– Альфа, Альфа, я Земля! Играйте на резервном!

2 апреля
Предтеча волновой оптики

2 апреля 1618 года родился Франческо-Мария Гримальди, итальянский физик и астроном, впервые описавший явление дифракции света и составивший первую карту Луны (ум. 1663).

Франческо-Мария Гримальди, ученый иезуит из Болоньи, вошел в историю науки как первооткрыватель дифракции света. Он увлекался оптикой и был талантливым экспериментатором. К тому времени о световых лучах знали только, что они прямолинейны и подчиняются законам преломления и отражения. Гримальди, экспериментируя с узкими световыми пучками (он получал их от Солнца с помощью маленьких отверстий), впервые обнаружил, что свет не всегда распространяется прямолинейно – он может огибать препятствия. Если свет проходит через очень малое отверстие, то часть лучей попадает в область, где должна быть тень. Это явление Гримальди назвал дифракцией (от латинского difractus – «разломленный»).

Помимо этого открытия, Гримальди описал много других ценных опытов и наблюдений. Он предполагал, что свет – это некая материя, волнообразно распространяющаяся в пространстве с конечной скоростью. Революционное для того времени заявление! Ведь со времен Аристотеля считалось, что свет распространяется мгновенно.

За несколько лет до Ньютона Гримальди разложил солнечный свет в спектр с помощью призмы и высказал верную мысль, что цвета есть составные части белого света. Свои опыты и умозаключения он изложил в труде «Физическая наука о свете, цветах и радуге». Эта книга, вышедшая вскоре после смерти Гримальди, была хорошо известна Ньютону и стала предшественницей его знаменитой «Оптики».

3 апреля
Самые быстрые поезда

3 апреля 2007 года французский электропоезд TGV установил мировой рекорд скорости для рельсовых поездов: 574,8 км/ч.

Этот рекорд «не настоящий» – поезда TGV на регулярных рейсах такие скорости не развивают. Электропоезд-рекордсмен специально модернизировали «под рекорд». Увеличили мощность двух локомотивов в два с лишним раза, увеличили диаметр колес, закрыли промежутки между вагонами для снижения сопротивления воздуха. А еще подняли напряжение в контактной сети с 25 до 31 киловольт. И вот 106-метровый состав промчался по участку пути длиной 72 км за 15 минут, развив рекордную скорость 574,8 км/ч. На регулярных рейсах скорость скоростных поездов TGV достигает «всего» 300 км/с, а их средняя скорость около 270 км/ч. Самые быстрые регулярные рельсовые поезда курсируют сейчас в Китае, их средняя скорость около 300 км/ч, а максимальная – до 380 км/ч. Китай занимает первое место в мире и по протяженности сети высокоскоростных железных дорог.

Еще быстрее маглевы – поезда на магнитной подушке («маглев» – это сокращение от слов «магнитная левитация»). Отталкивание одноименных полюсов магнита удерживает поезд на высоте 1–2 см над Т-образным рельсовым полотном. Так преодолевается трение о поверхность. Шанхайский маглев – самый первый и самый скоростной из действующих маглевов, его максимальная скорость 431 км/ч. В Японии разрабатывается новая система высокоскоростных поездов JR-маглев на сверхпроводящей магнитной подвеске. Опытный состав уже развивает скорость до 603 км/ч. А коммерческая эксплуатация таких поездов планируется с 2027 года.

4 апреля
Добрый гений нашей Академии

4 апреля 1707 года родился Леонард Эйлер, великий математик, физик и астроном (ум. 1783).

В 1727 году 20-летний швейцарец, только что защитивший диссертацию по физике распространения звука, приехал в Петербург по приглашению Академии наук (см. 8 февраля). Он был талантлив и фантастически трудолюбив. Как-то раз Академия получила задание выполнить громоздкий астрономический расчет. Группа академиков просила на эту работу три месяца, а Эйлер взялся все сделать за 3 дня – и справился. Но потерял зрение на правый глаз. «Теперь я меньше буду отвлекаться от занятий математикой», – философски заметил он.

В 1741 году Эйлер уехал в Берлин, но связей с Петербургской Академией не терял и оставался ее почетным членом. Он активно работал, «выдавая» по 800 страниц в год – невероятный объем! Многие труды он печатал в изданиях Петербургской Академии. Екатерина Великая, вступив на престол, сделала все возможное, чтобы вернуть Эйлера в Россию. И в 1766 году он вернулся в Петербург. Вскоре из-за катаракты он перестал видеть совсем. Но научная продуктивность его даже возросла: он размышлял в одиночестве, а потом диктовал помощникам. Эйлер активно работал до самой смерти. Трудно перечислить все отрасли, в которых работал этот гений: математика, механика, физика, астрономия, прикладные науки…

Однажды два студента, выполняя независимо сложные астрономические вычисления, получили результаты, различающиеся в 50-м знаке, и обратились к Эйлеру за помощью. Эйлер проделал те же вычисления в уме и указал правильный результат.

5 апреля
Как Бор атом спас

5 апреля 1913 года Нильс Бор завершил статью «О строении атомов и молекул», давшую начало квантовой теории атома.

Резерфорд установил, что в центре атома находится ядро, а вокруг него обращаются электроны (см. 7 марта). Да вот беда – такой атом неустойчив по законам классической физики! Меньше чем за микросекунду все электроны должны упасть на ядро. Но мы ведь существуем! Из-за проблемы неустойчивости физики не торопились признавать правоту Резерфорда. Но молодой Нильс Бор сразу поверил в планетарную модель атома. Способ его «спасения» этой модели прост и радикален. Раз классическая физика не допускает существования такого атома, а опыт, наоборот, эту модель подтверждает, значит, надо изменить законы физики! И Бор сформулировал два новых постулата, ставших базисом квантовой теории атома. Эти постулаты красиво и просто объясняли спектры атомов.

Эйнштейн оценил эту работу Бора как «высшую музыкальность в области мысли». А пожилой Джон Рэлей ворчал: «Не берусь утверждать, что открытия так не делаются… Но меня такое не устраивает». Много лет спустя Бор рассказывал, как отнесся к его теории Резерфорд. «Он не сказал, что она глупа, но… – улыбнулся Бор, – но он никак не мог взять в толк, каким образом электрон, начиная прыжок с одной орбиты на другую, узнает, какой квант нужно ему испускать».

Бор никогда не критиковал резко. Его любимым предисловием ко всякому замечанию было: «Я не собираюсь критиковать…». Прочтя никуда не годную работу, он восклицал: «Я не собираюсь критиковать, я просто не могу понять, как может человек написать такую чепуху!»

6 апреля
Труженики космоса

6 апреля 1962 года запущен искусственный спутник Земли «Космос-2».

Спутники серии «Космос» в СССР начали запускать с 1962 года. Их число уже превысило 2500. Самый первый спутник этой серии, выведенный на орбиту 16 марта 1962 года, названия еще не имел. А следующий за ним в сообщении ТАСС именовался уже «Космос-2». Эта беспрецедентная по количеству серия объединяет космические аппараты совершенно разного типа и назначения: спутники связи, научные и военные спутники, прототипы космических кораблей. Идея присваивать одно и то же название различным аппаратам, о назначении некоторых из которых нельзя было объявить открыто, была очень удобной. Попутно отпала и еще одна проблема – официальным органам не стало нужды придумывать, как объявлять об аварийных проектах. Такие аппараты просто назывались очередными «Космосами». Так в эту серию попали не достигшие лунных и межпланетных трасс автоматические станции «Луна», «Венера», «Марс» и др.

«Космосы» исследуют не только космос. Успешно развивается космическое землеведение. Из космоса можно разглядеть мельчайшие особенности земной поверхности, состояние сельскохозяйственных угодий, лесные массивы, пораженные болезнями и вредителями или охваченные пожарами. Спутники исследуют водоемы, морские и океанические течения, находят скопления косяков рыбы, обнаруживают цунами в открытом океане и многое другое. С помощью космической съемки удалось стереть «белые пятна» в труднодоступных районах Земного шара. Всего за 10 минут спутник может выполнить работу, для которой геологам и топографам потребовалось бы 80 лет.

7 апреля
Метр-революционер

7 апреля 1795 года во Франции принята метрическая система мер, в которой основной единицей длины стал метр.

Метр был задуман как одна десятимиллионная доля участка земного меридиана от Северного полюса до экватора. В 1792 году, в разгар французской революции, Национальное собрание поручило двум астрономам «измерить Землю». Идея была та же, что и в опыте Эратосфена (см. 19 июня): определив расстояние между двумя точками на одном и том же меридиане и зная их широты, рассчитать длину меридиана. Задание было выполнено блестяще, хотя на это ушло три года. В 1799 году правительство Франции во главе с Наполеоном ввело метрическую систему, основанную на метре и грамме. Наполеон постановил даже выбить медаль, «чтобы передать памяти потомства время, когда система мер была доведена до совершенства». Надпись на лицевой стороне медали: «На все времена, для всех народов» (правда, эта медаль так и не была выбита).

Однако «революционное» происхождение метра мешало его распространению в других странах. Восстановление королевской власти во Франции в 1815 году также содействовало его забвению. Страны вернулись к своим национальным единицам длины, что сильно затрудняло общение. Наконец, в 1875 году 20 стран на дипломатической конференции в Париже подписали «Конвенцию метра», после чего появилось Международное бюро мер и весов. Кстати, конференция эта была созвана по инициативе Петербургской Академии наук. Внедрению метрической системы в России очень способствовал Дмитрий Иванович Менделеев, основатель и первый директор Главной палаты мер и весов в Петербурге.

8 апреля
Поиски братьев по разуму

8 апреля 1960 года американский астроном Фрэнк Дрейк приступил к поиску сигналов внеземных цивилизаций (проект OZMA).

Планетных систем в Галактике множество. Некоторые ученые думают, что разумная жизнь является распространенным явлением во Вселенной. Другие же полагают, что мы – единственная технологически развитая цивилизация как минимум в нашей части Галактики. Если существует множество развитых цивилизаций, тогда почему мы не наблюдаем никаких следов разумной внеземной жизни, таких, например, как космические корабли или радиопередачи? Наша Солнечная система, если наблюдать ее с расстояния в несколько десятков световых лет, отличается от других звезд такого же класса огромным уровнем радиоизлучения, созданного нами. Почему же мы не наблюдаем подобного излучения с других звезд? Может быть, иные цивилизации вместо радиосигналов используют, например, лазерные?

Уже около 60 лет осуществляются программы поиска электромагнитных сигналов искусственного происхождения, и самой известной из таких программ сейчас является SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence – «Поиск внеземного разума»). А самый яркий момент в истории SETI произошел 15 августа 1977 года, когда радиотелескоп университета Огайо принял необычайно сильный сигнал из созвездия Стрельца, длившийся 37 секунд. Контуры сигнала на компьютерной диаграмме напоминали слово “Wow”. Ни до, ни после ничего похожего ученые не получали. Поиски продолжаются…

– Есть ли разумная жизнь во Вселенной?

– Есть.

– А почему с нами не связывается?

– Так потому и не связывается, что разумная.

9 апреля
«Гуманное» оружие

В апреле 1963 года в подземной штольне полигона Невада впервые взорвана нейтронная бомба.

К 1960-м годам стало ясно, что применение ядерного оружия в войнах невозможно – пострадают все. Американские ученые задумали создать ядерное оружие с пониженным «побочным эффектом», сделать его менее мощным и более «чистым». Нейтронная бомба – это атомная бомба малой мощности, к которой добавлено небольшое количество термоядерного топлива (смесь дейтерия и трития). После взрыва атомной бомбы термоядерное топливо разогревается до миллионов градусов, и начинается реакция термоядерного синтеза: ядра дейтерия и трития сливаются, образуя ядра гелия, при этом выделяются быстрые нейтроны. Большая часть (80 %) энергии взрыва выделяется в виде нейтронного излучения, и только 20 % приходится на остальные поражающие факторы (ударную волну, гамма и световое излучения). Мощный поток нейтронов не задерживается обычной стальной броней и лучше проникает сквозь преграды, чем любые другие излучения. Нейтронная бомба убивает все живое в зоне радиусом около 1,5 км. Вопреки распространенному мнению, нейтронный взрыв вовсе не оставляет материальные ценности невредимыми – ударная волна разрушает все вокруг в радиусе около 1 км. Есть еще один поражающий фактор: нейтроны захватываются ядрами металлов и вызывают наведенную радиоактивность. Например, танк, находившийся на расстоянии 700 метров от эпицентра взрыва, не разрушится, но станет радиоактивным и будет смертельно опасным долгое время после взрыва.

Главная опасность такого оружия – в стирании грани между ядерной и обычной войной.

10 апреля
Пирамиды ХХ века

10 апреля 1957 года в Дубне введен в действие синхрофазотрон, самый мощный на тот момент ускоритель в мире.

Еще в 1922 году Резерфорд говорил: «Если бы в нашем распоряжении были заряженные атомы с энергией, в десять раз превосходящей энергию альфа-частицы радия, то, вероятно, мы могли бы проникнуть в ядерную структуру всех атомов, а иногда вызвать их разрушение». Частицы, получаемые на современных ускорителях, обладают в тысячи раз большими энергиями, чем те, о которых мечтал Резерфорд.

Путь к получению таких частиц начался в 1930-х, когда начали строить первые ускорители. В любом ускорителе заряженную частицу разгоняет электрическое поле. В 1929 году американский ученый Эрнест Лоуренс предложил использовать магнитное поле, чтобы закручивать траектории частиц, заставляя их многократно проходить один и тот же ускоряющий промежуток между двумя электродами, что позволило очень сильно уменьшить размеры установки (за эту идею он получил Нобелевскую премию). Такой ускоритель назвали циклотроном. В 1932 году Лоуренс построил первый циклотрон диаметром 28 см. Однако рост энергии частиц требует увеличения диаметра циклотрона. За короткое время ускорители выросли до исполинских размеров. Так, Большой Адронный коллайдер возле Женевы имеет двойной закольцованный туннель диаметром 27 км!

1957 год знаменателен для СССР: в октябре был запущен первый искусственный спутник Земли, а в апреле в Дубне начал работать легендарный синхрофазотрон – усовершенствованный вариант циклотрона. Он оставался в строю сорок пять лет. За это время на нем сделали множество открытий.

11 апреля
Несчастливый «тринадцатый»

11 апреля 1970 года стартовал «Апполон-13», на котором произошла серьезная авария во время полета к Луне.

Это была третья лунная экспедиция. Этот полет стал одним из самых драматических и героических в истории космонавтики. В фильме «Апполон-13» все события показаны очень детально. 13 апреля, уже при подлете к Луне, на корабле взорвался бак с жидким кислородом. Экипаж лишился половины запаса кислорода, вышли из строя две из трех батарей электропитания, и командный модуль «Аполлона» потерял управление. А вскоре астронавты заметили утечку кислорода и из оставшегося резервуара: уходя в открытый космос, газ белой пеленой окутал корабль. О посадке на Луну не было и речи. Шансов благополучно вернуться на Землю тоже почти не было. Центр управления в Хьюстоне решил перевести астронавтов из командного модуля в лунный, хотя он и был рассчитан только на двух человек. В лунном модуле не хватало фильтров для поглощения углекислого газа, и через 36 часов астронавты были обречены на смерть от удушья. Электроэнергии, тепла и воды тоже было катастрофически мало. Температура в отсеке упала до 11 °C, и из-за вынужденной неподвижности астронавты сильно мерзли. Из подручных материалов, пластиковых шлангов и даже носков астронавты изготовили «кокон» для дополнительных фильтров. А чтобы не отморозить ноги, они обулись в тяжелые башмаки-луноходы. И до последнего момента астронавты не знали, уцелела ли после взрыва система автоматического раскрытия парашютов.

И все же это история со счастливым концом. 17 апреля спускаемый отсек благополучно приводнился.

12 апреля
Заявление Ю.А. Гагарина перед стартом

12 апреля 1961 года состоялся первый полет человека в космос.

Слово – Юрию Гагарину:

«Дорогие друзья, близкие и незнакомые, соотечественники, люди всех стран и континентов! Что можно сказать Вам в эти последние минуты перед стартом? Вся моя жизнь кажется мне сейчас одним прекрасным мгновением. Все, что прожито, что сделано прежде, было прожито и сделано ради этой минуты. Сами понимаете, трудно разобраться в чувствах сейчас, когда очень близко подошел час испытания, к которому мы готовились долго и страстно. Вряд ли стоит говорить о тех чувствах, которые я испытал, когда мне предложили совершить этот первый в истории полет. Радость? Нет, это была не только радость. Гордость? Нет, это была не только гордость. Я испытал большое счастье. Быть первым в космосе, вступить один на один в небывалый поединок с природой – можно ли мечтать о большем? Но вслед за этим я подумал о той колоссальной ответственности, которая легла на меня. Первым совершить то, о чем мечтали поколения людей, первым проложить дорогу человечеству в космос. <…> Это ответственность перед всем советским народом, перед всем человечеством, перед его настоящим и будущим. <…> Счастлив ли я, отправляясь в космический полет? Конечно, счастлив. Ведь во все времена и эпохи для людей было высшим счастьем участвовать в новых открытиях. Сейчас до старта остаются считанные минуты. Я говорю вам, дорогие друзья, до свидания, как всегда говорят люди друг другу, отправляясь в далекий путь. Как бы хотелось вас всех обнять, знакомых и незнакомых, далеких и близких! До скорой встречи!»

13 апреля
Взлет мысли

13 апреля 1883 года К.Э. Циолковский (1857–1935) завершил рукопись работы «Свободное пространство», в которой впервые сформулировал принцип о единственно возможном методе передвижения в космосе – реактивном движении.

Основоположник космонавтики, ученый-провидец – таким видим Циолковского мы. Глуховатый странный человек, скромный школьный учитель, который обдувал в ветреную погоду на крыше свои модели и рассматривал звезды в подзорную трубу – таким его видели современники. На скудные учительские деньги Константин Эдуардович издавал в Калуге книжки – десятки книг, полных фантазий и расчетов, рассуждений и удивительно точных предвидений. Лазеры, гироскопы, скафандры и многие другие атрибуты современной техники, для которых и слов-то в те годы не существовало, описаны в его сочинениях. Бесколесный локомотив на воздушной подушке, искусственные спутники Земли, многоступенчатые ракеты, жидкостные ракетные двигатели и атомные двигатели – эти его идеи уже стали реальностью. Когда вернувшегося из космоса Гагарина спросили, отличались ли истинные условия полета от тех, которые он представлял себе заранее, Гагарин ответил: «В книге Циолковского очень хорошо описаны факторы космического полета, и те факторы, с которыми я встретился, почти не отличались от его описания».

У Ц иолковского была большая семья – семь человек детей. Жизнь была трудной, иногда попросту голодной, и немало было в ней горя. А завещал он нам великую радость: «Я хочу привести вас в восторг от созерцания вселенной, от ожидающей всех судьбы, от чудесной истории прошедшего и будущего…»