Текст книги "Новейшая книга фактов. Том 3. Физика, химия и техника. История и археология. Разное"

Анатолий Павлович Кондратов
Новейшая книга фактов для самых умных и любознательных в вопросах и ответах. В 3 т. Т.3. Физика, химия и техника. История и археология. Разное

В человеческом невежестве весьма утешительно считать за вздор все то, чего не знаешь.

Д. И. Фонвизин 

Предисловие

В сказке «Алиса в Зазеркалье» – второй части знаменитой детской дилогии Льюиса Кэрролла, ныне вошедшей в классику литературы для взрослых, – есть забавное стихотворение (исполняемое Траляля, братом Труляля) о том, как Морж и Плотник, заманив доверчивых устриц на прогулку, полакомились ими. Перед тем как приступить к пиршеству, Морж пообещал устрицам потолковать с ними о множестве вещей: о башмаках, кораблях, сургуче, капусте и королях, а также о том, почему в море кипит вода и бывают ли крылья у свиней. Однако своего обещания он так и не исполнил. Обсуждению некоторых из этих тем, а также двух с половиной тысяч других посвящена книга, которую вы сейчас держите в руках.

Эта книга – не справочник и тем более не учебник, хотя и может быть полезна в качестве неформального учебного пособия старшекласснику. Главная ее задача – не столько проинформировать читателя о различных фактах, сколько вызвать интерес к той или иной области знания или сфере человеческой деятельности. Давно уже установлено, что изначально бездарных людей нет, что каждый рождается с каким-то талантом, однако слишком часто даже не подозревает о нем. И если упустить время, то, по словам Антуана де Сент-Экзюпери, «глина, из которой ты слеплен, высохнет и отвердеет, и уже ничто на свете не сумеет пробудить в тебе уснувшего музыканта, или поэта, или астронома, который, быть может, жил в тебе когда-то». Автор будет очень рад, если кто-либо из читателей данной книги внезапно поймет, что на свете нет ничего интереснее, например, биологии – или географии – или рекламного бизнеса – или политики – или астрофизики – или…

Книга эта предназначена не только школьнику, но и человеку, давно вышедшему из школьного возраста. Для последнего она – надежное средство отрешиться от повседневных забот. Вопросы и ответы дадут ему возможность задуматься о поразительном многообразии окружающего мира и об удивительной способности человека познавать его, о безграничном могуществе разума и унизительной его зависимости от нелепых предрассудков, о благородстве и низости человеческой души и о многом-многом другом.

Единственное требование к читателю этой книги – любознательность. А поскольку указанное качество присуще подавляющему большинству потомков Адама и Евы, то можно смело утверждать, что книга предназначена для очень широкого круга читателей.

А. Кондратов

Физика, химия и техника

Где впервые обнаружен гелий?

Французский и английский астрономы Жюль Жансен и Джозеф Норман Локьер, наблюдая солнечные протуберанцы, обнаружили в 1868 году в их спектре линию, которую не смогли определить ни по одному из известных тогда элементов. В 1871 году Локьер объяснил происхождение этой спектральной линии присутствием на Солнце неизвестного элемента и назвал его «гелий» (по-гречески «солнце»). Лишь в 1895 году английский физик и химик Уильям Рамзай открыл впервые гелий на Земле. При нагревании радиоактивного минерала клевеита он увидел в спектре выделенного газа ту же спектральную линию.

Кто и когда открыл вакуум?

Честь открытия вакуума принадлежит итальянскому математику и физику Эванджелисте Торричелли (1608–1647), ученику Галилео Галилея. В 1643 году по поручению Торричелли знаменитый опыт провел итальянский физик Вивиани. Он наполнил ртутью длинную стеклянную трубку, закрытую с одного конца, и опустил ее свободным концом в чашку с ртутью. Обнаружилось, что при достаточной длине трубки уровень ртути в ней понижается, а над поверхностью ртути образуется пустота. Торричелли объяснил это явление тем, что давление атмосферы, действующее на поверхность ртути в чашке, уравновешивается весом столба ртути. Высота этого столба на уровне моря составляет около 760 миллиметров. Если длина трубки больше этого значения, над поверхностью ртути образуется пустота. Чтобы доказать, что пространство над ртутью остается пустым, Торричелли впускал в него воду, которая врывалась в это пространство «со страшным напором» и целиком его заполняла. Таким образом Торричелли отверг господствовавшее до того времени объяснение, согласно которому ртуть заполняет трубку, вода заполняет всасывающий трубопровод насосной установки и т. д., потому что «природа боится пустоты», и доказал существование атмосферного давления. Безвоздушное пространство над свободной поверхностью жидкости в закрытом сверху резервуаре называют торричеллиевой пустотой.

Какие деяния увековечили магдебургского бургомистра Отто фон Герике?

Имя Отто фон Герике (1602–1686), избранного в 1646 году бургомистром немецкого города Магдебурга, давно кануло бы в Лету, если бы не его увлечение физикой. Герике был изобретательным экспериментатором и, узнав в 1650 году об открытии Торричелли, загорелся желанием лично убедиться в возможности образования пустоты. Для этой цели он заполнил винную бочку водой, подсоединил к ней насос и попытался выкачать жидкость. Как только началась откачка, ободы треснули. Опыт с более прочной бочкой закончился тем же. Третий опыт Герике провел уже с медным сосудом. Постепенно выдвигаемый из насоса поршень шел сначала легко, потом все труднее, а затем, по словам самого Герике, «внезапно, ко всеобщему ужасу, шар со страшным шумом разлетелся на мелкие куски, как если бы он был сброшен с высочайшей башни». Результатом этого эксперимента стало не только подтверждение существования вакуума, открытого Торричелли, но и изобретение воздушного насоса. Пристрастие Герике к театральности подвигнуло его на знаменитый опыт с «магдебургскими полушариями», проведенный в 1654 году в Регенсбурге в присутствии императора и князей. После того как эти две металлические полусферы плотно приложили друг к другу и из образовавшегося шара откачали воздух, их не смогли разъединить даже 16 лошадей, тянувших в противоположные стороны. Наглядно продемонстрировав существование давления воздуха, Герике в ряде других опытов установил упругость и весомость воздуха, его способность поддерживать горение, проводить звук, наличие в воздухе паров воды. Герике создал одну из первых электрических машин – вращающийся шар из серы, натираемый руками, и обнаружил явление электрического отталкивания, а также электрическое свечение. Он первым (в 1660 году) построил водяной барометр и использовал его для предсказания погоды.

Какую роль в истории науки сыграл мимолетный интерес Исаака Ньютона к астрологии?

В 1663 году 20-летний Исаак Ньютон купил на ярмарке в Сторбридже книгу по астрологии, чтобы «из любопытства посмотреть, что в ней такое». Он листал ее, пока не добрался до иллюстрации, которую не мог понять, поскольку не был знаком с тригонометрией. Ньютон приобрел книгу по тригонометрии, но тут же обнаружил, что не может уразуметь приведенные в ней рассуждения, ибо не знает геометрии. Тогда он отыскал главный труд античного математика Евклида «Начала» и углубился в чтение. Спустя два года Ньютон изобрел дифференциальное исчисление.

Чем замечательны для истории физики два года: 1666 и 1905?

В 1666 году, когда Исаак Ньютон учился в Кембриджском университете, эпидемия чумы заставила его уединиться в деревушке Вулсторп, где он родился. Целый год он занимал свой досуг тем, что разрабатывал дифференциальное и интегральное исчисления, доискивался до первооснов природы света и закладывал фундамент теории всемирного тяготения. В истории физики был еще только один такой год – 1905-й. В этом году Альберт Эйнштейн опубликовал в немецком журнале «Анналы физики» пять статей, три из которых навсегда вошли в историю физики как одни из величайших. В одной из них Эйнштейн (на основе введенных в 1900 году Максом Планком квантовых представлений) дал теорию фотоэффекта – явления вырывания светом электронов из вещества (именно за эту работу он был удостоен в 1921 году Нобелевской премии по физике). Вторая статья была посвящена объяснению поведения мельчайших частиц в жидкости, известному как броуновское движение. А в третьей были приведены основные положения специальной теории относительности.

Как Хаксли Уиттли, один из великих американских ученых, стал математиком?

Свое образование Хаксли Уиттли начал в Йельском университете (США), где обучался игре на скрипке. После второго курса его послали в Европу для совершенствования мастерства. В Венском университете ему сказали, что в конце года он должен сдать экзамен не только по основному предмету, но и по одному «чужому» (мол, таково правило). Уиттли спросил у товарищей, какая в настоящее время самая модная наука, и ему ответили, что это квантовая механика. Он пришел на лекцию, но ни слова не понял. По ее окончании Уиттли сказал профессору, что с его лекцией не все в порядке, так как он – лучший студент Йельского университета – ничего не понял. Профессор (а это был сам Вольфганг Паули – швейцарский физик, один из создателей квантовой механики и релятивистской квантовой теории поля) ответил, что Уиттли, наверное, прекрасный скрипач, но математический анализ и линейную алгебру знает слабовато, и рекомендовал ему два учебника. Через две недели Уиттли уже начал понимать лекции профессора, а в конце семестра решил, что квантовая механика гораздо интереснее скрипки, и занялся математикой.

Какому другому великому итальянцу уподобили Энрико Ферми его коллеги после успешного запуска разработанного под его руководством первого в мире ядерного реактора?

Как рассказывает в своей книге «Путеводитель по науке» Айзек Азимов, сразу после успешного запуска в 1942 году первого в мире ядерного реактора присутствовавший при этом американский физик Артур Комптон позвонил в Гарвард и сообщил о достигнутом успехе: «Итальянский навигатор снова открыл Новый Свет». Азимов обращает внимание читателя на тот факт, что Колумб, первый открывший Новый Свет итальянский навигатор, совершил это в 1492 году. Те, кто верит в магические свойства чисел, могут оценить такое редкое совпадение.

Как воздушный змей помог Бенджамену Франклину укрепить независимость США?

В 1752 году американский просветитель, государственный деятель и ученый Бенджамен Франклин (1706–1790) провел знаменитый эксперимент. Во время разыгравшейся грозы он запустил воздушный змей с металлическим проводом (антенной), удерживая его посредством электропроводной шелковой нити. Стоило Франклину приблизить руку к металлическому ключу, который он привязал к шелковой нити, как тут же появлялась яркая искра. Тем самым Франклин продемонстрировал, что грозовые облака накапливают мощный электрический заряд, а молния – это электрическая «искра» между полюсами, одним из которых служит заряженное облако, а другим – земная поверхность. Франклину повезло, что он после своего смелого эксперимента остался в живых: некоторые другие исследователи, пытавшиеся повторить его, погибли на месте от прошившего их тело мощного электрического разряда. Свершение Франклина имело значение не только с точки зрения физики, посредством этого эксперимента американские колонии заявили о себе в масштабе общемировой культуры. Франклин впервые показал всему миру, что не только у европейцев, но и у жителей Нового Света есть научный потенциал, чтобы внести достойный вклад в победу эры разума. Когда четверть века спустя Франклин представлял при дворе французского короля новорожденные Соединенные Штаты Америки и просил о поддержке юного государства, то пользовался заслуженным уважением не только как политик, но и как ученый, сумевший «приручить» молнию. Таким образом, его воздушный змей помог в немалой степени укрепить независимость США.

Когда и где впервые опубликованы ньютоновские «Начала» на русском языке?

Знаменитый труд Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии», опубликованный в 1687 году, впервые напечатан на русском языке в 1913 году в «Известиях Морской академии». Перевод с латыни выполнил преподаватель Морской академии Алексей Николаевич Крылов (1863–1945) – выдающийся математик, механик и кораблестроитель.

Кто, по мнению Альберта Эйнштейна, делает великие открытия?

Исходя из собственного богатого опыта, Альберт Эйнштейн утверждал, что великие открытия делают следующим образом: подавляющее большинство людей знают, что это невозможно, а затем находится один человек, который не знает, – вот он-то и делает открытие.

Как оценивалась юридически кража электроэнергии 100 лет назад?

В 1899 году суду в Ганновере (Германия) пришлось решать вопрос: составляет ли противозаконное присвоение электричества воровство или нет? Машинист Генке, состоявший при центральной электрической станции, зарядил тайно от хозяина два небольших аккумулятора и продал их. Суд не признал его виновным, хотя было доказано, что обвиняемый похитил электрическую энергию от чужой установки. В своей мотивировке суд указал, что о краже можно говорить только в том случае, когда дело идет о противозаконном присвоении чужой собственности, движимого предмета, но электричество ни в коем случае нельзя считать движимой вещью, причем даже нельзя сказать, может ли вообще электрический ток быть признан «вещью».

Какие российские ученые получили Нобелевскую премию по физике?

Наша страна дала миру девять лауреатов Нобелевской премии по физике.

1958 год. Павел Алексеевич Черенков, Игорь Евгеньевич Тамм, Илья Михайлович Франк – за открытие и объяснение эффекта Вавилова – Черенкова.

1962 год. Лев Давидович Ландау – за пионерские исследования по теории конденсированных сред, в особенности жидкого гелия.

1964 год. Николай Геннадьевич Басов, Александр Михайлович Прохоров (совместно с Чарлзом Хардом Таунсом, США) – за фундаментальные исследования в области квантовой электроники, которые привели к созданию лазеров и мазеров.

1978 год. Петр Леонидович Капица – за открытия в области физики низких температур (премию с ним разделили Арно Аллан Пензиас и Роберт Вудро Вильсон, США, за открытие реликтового излучения).

2000 год. Жорес Иванович Алферов (совместно с Гербертом Кремером, США) – за развитие гетероструктур для высокоскоростной и оптической электроники (вторая половина премии была вручена Джеку Килби, США, за вклад в создании интегральных схем).

2003 год. Виталий Лазаревич Гинзбург (совместно с Алексеем Алексеевичем Абрикосовым и Энтони Леггетом, США) – за разработку теории сверхпроводимости и сверхтекучести.

Кто единственная женщина, захороненная среди великих французов в парижском Пантеоне?

Эта женщина – Мария Склодовская-Кюри (1867–1934), по национальности полька. В 1903 году она (совместно с супругом Пьером Кюри и Антуаном Анри Беккерелем) была удостоена Нобелевской премии по физике – за открытие радиоактивности. В 1911 году она получила еще одну Нобелевскую премию – по химии – за открытие радия и полония, выделение радия и изучение природы и соединений этого элемента. Марии Склодовской-Кюри принадлежат работы в области радиологии и рентгенологии. В 1914 году она организовала рентгенологическое обследование раненых в госпиталях, в 1922 году стала первой женщиной, избранной членом Парижской медицинской академии. Однако радий, принесший Марии Склодовской-Кюри всемирную славу, отнял у нее жизнь. Когда много лет спустя после ее смерти лабораторный блокнот Марии поднесли к счетчику Гейгера, прибор разразился громким частым треском. Марию Склодовскую-Кюри похоронили в Со, близ Парижа, но в 1995 году ее прах по личному распоряжению президента страны Франсуа Миттерана был перезахоронен в национальный французский Пантеон – бывшую церковь Сент-Женевьев в Париже.

Кто был самым молодым нобелевским лауреатом?

В истории Нобелевской премии самым молодым ее лауреатом был выдающийся английский физик Уильям Лоуренс Брэгг (1890–1971). Нобелевскую премию он получил в 1915 году за исследования структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей – совместно со своим отцом Уильямом Генри Брэггом (1862–1942).

Почему долголетие является иногда одним из основных условий получения Нобелевской премии?

Нобелевские премии не присуждаются посмертно, а между достижением результата и признанием его научной общественностью проходят иногда многие годы. Так, американский физик Фредерик Райнес (1918–2000) осуществил экспериментальное обнаружение нейтрино в 1957 году, а Нобелевскую премию за это ему присудили в 1995 году, то есть 38 лет спустя. Еще более впечатляет пример немецкого физика Эрнста Руски (1907–1988). От создания им первого электронного микроскопа в 1932 году до присуждения за это Нобелевской премии в 1986 году прошло более полувека.

Откуда произошло название науки «физика»?

Название «физика» происходит от греческого слова physis – природа. Первоначально, в эпоху античной культуры наука не была расчлененной и охватывала всю совокупность знаний о природных явлениях. По мере дифференциации знаний и методов исследования из общей науки о природе выделились отдельные науки, в том числе и физика.

Почему одну из крупнейших национальных академий наук Италии называют «академией рысьеглазых»?

Национальная академия деи Линчеи (Accademia Nazionale del Lincei), основанная в Италии в 1603 году, провозгласила своей целью изучение и распространение научных знаний в области физики. Название академии буквально означает «академия рысьеглазых». Тем самым ее основатели поклялись познавать природу глазами, зоркими как у рыси (в те времена этому хищнику приписывали такую остроту взгляда, которая позволяет проникать сквозь предметы). Видимо, уникальные способности рыси не ограничивались, по мнению академиков, бесподобной зоркостью, ибо над ее изображением на гербе академии расположен девиз «sagacius Ista» – «быстрейшая разумом».

Почему у струнных музыкальных инструментов материал корпуса играет важную роль, а у духовых – нет?

Материал корпуса не очень важен для духовых музыкальных инструментов. В отличие от струнных, у которых при звучании вибрирует корпус, в духовых инструментах звучит столб воздуха, заключенный в трубе, а из чего сделана эта труба – не так уж важно. Это известно уже лет сто, а четверть века назад американский физик Джон Колтман, чтобы лишний раз доказать эту истину, сделал флейту из бетона. Музыковеды, которым завязали глаза, не могли отличить ее звучание от звучания обычной деревянной флейты.

Как велика скорость звука?

Скоростью звука называют скорость распространения звуковых волн в среде. Скорость звука зависит от механических свойств среды, в которой он распространяется. В газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, чем в твердых телах. Скорость звука в газах и парах составляет величину от 150 до 1000 метров в секунду, в жидкостях – от 750 до 2000 метров в секунду, в твердых телах – от 2000 до 6000 метров в секунду. В воздухе при нормальных условиях скорость звука равна приблизительно 330 метрам в секунду, в воде – приблизительно 1500 метрам в секунду.

Как впервые измерили скорость звука в воде?

Скорость звука в воде впервые была экспериментально определена сравнительно недавно – в первой половине XIX века. Сделано это было на Женевском озере. Два физика сели в лодки и разъехались километра на три один от другого. С борта одной лодки свешивался под воду колокол, в который нужно было ударить молотком с длинной ручкой. Ручка соединялась с приспособлением для зажигания пороха в маленькой мортире, укрепленной на носу лодки. Одновременно с ударом в колокол вспыхивал порох, и яркая вспышка видна была далеко в округе. Видел вспышку и тот физик, который сидел в другой лодке и слушал звук колокола в трубу, спущенную под воду. По запозданию звука в сравнении с вспышкой определялось, сколько секунд бежал звук по воде от одной лодки до другой.

В чем состоит гидростатический парадокс?

Гидростатический парадокс, заключается в том, что вес жидкости, налитой в сосуд, может отличаться от силы давления, оказываемой ею на дно сосуда. Так, в расширяющихся кверху сосудах сила давления на дно меньше веса жидкости, а в суживающихся – больше. В цилиндрическом сосуде обе силы одинаковы. Если одна и та же жидкость налита до одной и той же высоты в сосуды разной формы, но с одинаковой площадью дна, то, несмотря на различный вес налитой жидкости, сила давления на дно одинакова для всех сосудов и равна весу жидкости в цилиндрическом сосуде. Это следует из того, что давление покоящейся жидкости зависит только от глубины под свободной поверхностью и от плотности жидкости. Объясняется гидростатический парадокс следующим. Поскольку гидростатическое давление всегда нормально к стенкам сосуда, сила давления на наклонные стенки имеет вертикальную составляющую, которая компенсирует вес излишнего против цилиндра объема жидкости в расширяющемся кверху сосуде и вес недостающего против цилиндра объема жидкости в суживающемся кверху сосуде. Гидростатический парадокс обнаружил французский физик Блез Паскаль (1623–1662).