Карл Саббаг - Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки

• Название: Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки
• Автор: Карл Саббаг
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Научпоп
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-91678-144-1

Есть детские вопросы, на которые не каждый взрослый ответит: почему ночью небо темное? почему мы не проваливаемся сквозь пол? кто изобрел колесо? почему зеркало меняет местами только лево и право, а не верх и низ? Карл Саббаг подробно разбирает эти и многие другие загадки (да-да, загадки, причем Большой Науки!), и не просто разбирает, а легко, доходчиво, с хорошим юмором рассказывает об окружающих нас чудесах физики, химии, биологии, психологии и даже космологии. Вот еще вопросы: как работает Гугл? можно ли увидеть нейтрино? что такое пятый вкус, о котором никто не знает, кроме японцев? обижаются ли на нас собаки? кто был автором первого в истории мультфильма? Интересно? При чтении этой книги будет еще интереснее! Потому что именно с такой целью она и писалась: напомнить нам, что мир вокруг таинствен и удивителен.

Карл Саббаг (р. 1942) — британец палестинского происхождения, писатель, журналист, телевизионный продюсер. Автор многих научно-популярных книг, документальных фильмов и научно-популярных телесериалов.

---

Позже выяснилась одна интересная подробность: когда коллеги советовали Слотину во избежание неприятностей использовать какое-нибудь защитное устройство, которое не давало бы полушариям сомкнуться, тот только отмахивался: «Если я буду доверять свою безопасность защитным устройствам, вот тогда-то уж точно жди неприятностей». Уже после его смерти стало известно, что Слотин был фантазером, рассказывавшим небылицы о своем прошлом, а также неисправимым любителем риска. Был случай — как поведал один его бывший коллега в 1993 году, — когда Слотин попросил остановить реактор, чтобы он мог подрегулировать для предстоящего эксперимента что-то там на дне цистерны с водой, которая поглощала радиацию. Ему было отказано, тогда он пришел в выходной, разделся до трусов и нырнул на дно цистерны, хотя реактор не был выведен из рабочего режима.

Судя по всему, то, что произошло со Слотином, было случайной смертью безрассудно смелого ученого.

Высшая мера

Если вы когда-нибудь наблюдали за ранней стадией строительства небоскреба или любого высокого здания, вы знаете, что, после того как фундамент заложен, конструкция начинает напоминать структурный скелет, на который впоследствии будут навешены полы, стены и потолки. Если этот остов делают из стали (а не из железобетона), то строители начнут с того, что возведут раму из стальных колонн высотой в несколько этажей, соединенных балками. Чем ближе к фундаменту, тем колонны толще и тяжелее, ведь им в конце концов придется выдерживать вес целого здания. По окончании строительства нижней части каркаса, сверху надстраиваются новые колонны, и скелет обретает следующий уровень. Здесь колонны уже не такие массивные, потому что им нужно поддерживать уже не все здание, а только верхние этажи. И так далее, вплоть до самой крыши: чем выше, тем тоньше и легче становятся колонны.

Прогресс не стоит на месте, в мире строятся все более и более высокие дома (в Дубае запланировано возведение здания высотой в километр![51]), а колонны в основании таких домов становятся все массивнее и массивнее, ведь вес конструкции тоже нарастает. Но когда речь идет о самых высоких постройках, таких, как Башня Свободы, небоскреб, который строится на месте Всемирного торгового центра в Нью-Йорке, к работе инженеров, конструирующих этих гигантов, добавляется еще одна неожиданная и интересная деталь. Помимо того что колонны должны сопротивляться огромному давлению сверху, их следует конструировать так, чтобы они выдерживали действие сил, направленных в противоположном направлении, то есть вверх. Считается, что возможны ситуации, когда колонны в основании таких зданий вообще не будут испытывать никакой нагрузки сверху — даже наоборот: они станут притягивать дом к земле, не давая ему улететь.

Как такое возможно? Чем выше здание, тем больше шансов, что его будет раскачивать ветром. Когда сильный ветер встречает на своем пути дом, он разделяется и огибает дом слева и справа. При этом поток воздуха создает завихрения, которые толкают здание туда-сюда, заставляя его раскачиваться как камертон. На деле даже лучше, если здание слегка покачивается, — это позволяет погасить часть силы ветра. Но когда дом наклоняется в одну сторону, он тянет вверх колонны-опоры по другую сторону. И если ветер достаточно силен, он не только уменьшает нагрузку на колонны, но даже немного вытягивает их из земли. Кроме того, у инженеров-конструкторов есть еще один повод для раздумий: колонны в той части дома, которая клонится к земле, должны быть рассчитаны на большую нагрузку, нежели вес здания. Это как с качелями: когда один конец поднимается вверх, вся нагрузка приходится на другой конец.

Направление, в котором раскачивается дом, тоже порой удивляет. Возможно, вы полагаете, что при сильном ветре, дующем в северную сторону здания, оно будет клониться к югу? На деле при образовании воздушных завихрений здание может раскачиваться из стороны в сторону под прямым углом к ветру. А если ветер и завихрения будут настолько сильны, чтобы повалить постройку, она упадет на восток или на запад.

Богатства Иттербю

Химические элементы — это те кирпичики, из которых строится материя. К началу восемнадцатого века было открыто около 15 элементов, некоторые из них были хорошо известны — в основном это металлы (железо, медь) или вещества, использовавшиеся в тогдашнем кустарном производстве (сера, фосфор). Начиная с 1700 года и далее химия постепенно усложнялась и становилась более рациональной, полностью вытесняя алхимию. Ученые открывали все новые и новые элементы. Химические элементы в силу самой своей природы щедро рассеяны по всей нашей планете, они содержатся в почве, воздухе и воде. Но впервые обнаружить тот или иной элемент можно где угодно — это дело случая. В 1825–1826 годах французский химик Антуан Жером Балар (1802–1876) нашел элемент бром в морской воде — в своей лаборатории в Монпелье. Примерно в то же время немец Карл Якоб Лёвиг (1803–1890) нашел тот же элемент в минеральных солях.

Но есть на Земле один маленький уголок, который породил сразу семь химических элементов. В 1794 году финский ученый Юхан Гадолин (1760–1852) обнаружил в каменоломне на шведском острове Ресарё химический элемент, который он назвал иттрий — в честь расположенной рядом деревни Иттербю. За последующие сто лет в той же самой каменоломне были найдены еще шесть элементов. Видимо, от недостатка воображения и давая тем самым повод для путаницы три из них назвали в честь все того же населенного пункта — тербий, эрбий и иттербий. Когда в конце XIX века в тех краях нашли новые элементы, химики наконец напрягли фантазию и назвали их гадолиний (в честь Юхана Гадолина), гольмий (от Holmia, латинского названия Стокгольма) и, наконец, тулий — от Туле, старинного латинского обозначения скандинавских стран.

Что ускоряет ускоритель частиц?

В английском языке ускоритель частиц называется «atom-smasher» — от слова «smash», что означает «крушение, столкновение». Многие обыватели, слыша это слово, представляют себе устройство, которое с огромной силой сталкивает атомы друг с другом, в результате чего они разваливаются и мы видим, что у них внутри. Во время экспериментов с ускорителем частиц и впрямь происходит нечто подобное. Атомы, а точнее, входящие в их состав частицы — электроны и протоны — в самом деле движутся друг навстречу другу на необычайно высокой скорости; они действительно сталкиваются; и эти столкновения, что греха таить, приводят к появлению целого ряда новых частиц, которых прежде в ускорителе не было и которые выделились «изнутри» атомов.

Представьте себе два двухэтажных автобуса, мчащихся навстречу друг другу на большой скорости. Столкнувшись, они рассыпаются на отдельные сиденья, двигатели, колеса, окна и — придется признать — пассажиров и водителей. Но в случае с ускорителями все выглядит совсем не так. Физики строят ускорители, чтобы получить столкновения частиц все больших и больших энергий и при этом создать частицы, которых раньше никто никогда не «видел». Результаты таких столкновений могут оказаться столь же поразительными, как если бы при аварии двух двухэтажных автобусов образовались бы белый «Форд Мондео», черный мотоцикл «Харлей Дэвидсон», электрическая кухонная плита, три деревянных обеденных стола, сотня чашек, шесть корзин с продуктами из супермаркета и тонна мела.

Вы спросите: почему так происходит? Если эксперимент проходит благополучно, столкновения происходят на такой скорости, что вся масса частиц преобразуется в энергию. Одно из важнейших открытий Эйнштейна заключается в том, что масса и энергия эквивалентны и, таким образом, одно можно «обменять» на другое. Его уравнение е=тс2 — это, вообще говоря, обменный курс, ну как обменный курс фунта стерлингов и доллара, который можно выразить формулой £=$с2, где с — это 1,25, и соответственно с2 — это 1,56, то есть вы можете обменять фунт стерлингов на 1,56 доллара. Обменяв на доллары 100 фунтов, вы можете затем обменять полученные 156 долларов на любую другую валюту, и уже совершенно не важно, что начинали вы с фунтов.

Так, первым результатом столкновения частиц становится исчезновение самих частиц, точно так же, как исчезают ваши фунты. Они заменяются всплеском энергии — или пачкой долларов. За этим событием немедленно следует преобразование энергии в частицы. Поскольку всплеск энергии не обладает «памятью» о частицах, изначально участвовавших в столкновении, он волен преобразовываться в абсолютно любые частицы, лишь бы только соблюдался «обменный курс» между энергией и массой. Если проводить этот эксперимент достаточно часто, то среди частиц, образовавшихся в результате столкновений и всплесков энергии, могут появляться новые типы частиц, которых вообще не существует в нашей с вами сегодняшней Вселенной. Вооруженные этим знанием, физики пытаются при помощи ускорителей частиц воссоздать условия, существовавшие в первые мгновения жизни Вселенной (см. главу «Вселенная — это вам не сарай»), когда, по их мнению, происходило то же самое: самые разнообразные частицы создавались и разрушались в результате колоссального всплеска энергии.