Научные открытия для тех, кто любит краткость

21 февраля
Действие электрического тока на человека

21 февраля 1920 года образована Государственная комиссия по электрификации России (ГОЭЛРО). Разработанный ею план был рассчитан на 10–15 лет, но его удалось выполнить уже к 1931 году, а к 1935 году основные показатели были перевыполнены в три раза.

Вся наша жизнь сегодня проходит в окружении электрических проводов и приборов. Что нам может угрожать при ударе током? Ток 5–10 миллиампер (мА) уже вызывает боль и судорожные сокращения мышц. При токе 10–20 мА руки невозможно оторвать от проводов – они как бы прилипают. А при длительном воздействии тока силой 50–80 мА возможна клиническая смерть. Дома у нас напряжение в сети 220 В. Насколько оно опасно? Чтобы найти силу тока, надо напряжение разделить на сопротивление. А сопротивление тела человека может меняться в очень широких пределах. Для оценок берут среднюю величину 1000 Ом. Значит, засунув пальцы в розетку, «средний» человек может получить 220:1000=0,22 А, т. е. 220 мА – смертельный ток! И все же многие из нас «познакомились» с розеткой и остались живы. Дело в том, что при здоровой сухой коже сопротивление человека больше в десятки раз, и напряжение 220 В не смертельно при кратковременном действии, хотя и очень неприятно! Но если руки у вас хоть чуть-чуть влажные, например от волнения, то сопротивление кожи резко падает. У женщин и детей оно меньше, чем у мужчин. Безопасным считается напряжение до 42 В. Дело в том, что при таком напряжении пробивается кожа, и общее сопротивление организма падает во много раз. В сыром помещении безопасным считается напряжение до 12 В.

22 февраля
Неудавшееся опровержение

22 февраля 1857 года родился немецкий физик Генрих Герц, продемонстрировавший на опыте в 1886 году излучение и прием электромагнитных волн (ум. 1894).

Для нас имена Герца и Максвелла всегда будут стоять рядом. Благодаря демонстрации Герцем на опыте электромагнитных волн, предсказанных Максвеллом, теория электромагнитного поля Макcвелла окончательно утвердилась. А ведь, помимо макcвелловской, во второй половине XIX века имелся целый ряд других теорий, отрицавших существование такой физической субстанции, как электромагнитное поле. И сам Герц начинал свои исследования как противник теории Максвелла. Но, как честный ученый, в конце концов должен был подтвердить: «Маэстро Максвелл был прав, у нас есть эти таинственные электромагнитные волны, которые мы не можем видеть невооруженным глазом. Но они там». Правда, Герц не верил, что от этих волн может быть хоть какая-то практическая польза людям.

Герц умер в неполных 37 лет от заражения крови. Незадолго до смерти он писал матери: «Вы не должны огорчаться, но должны мною гордиться и думать, что я принадлежу к тем особо избранным людям, которые жили хотя и недолго, но вместе с тем жили достаточно. Эту судьбу я не желал и не выбирал, но я доволен ею, и если бы мне предоставили выбор, я, может быть, сам избрал бы ее».

Начав учебу в Высшей технической школе, Герц через два года круто изменил свой жизненный путь, решив стать не инженером, а ученым-физиком. Его наставник по токарному делу заметил: «Жаль. Из него мог бы получиться отличный токарь».

23 февраля
Из чего все?

23 февраля 1987 года Земли достигла вспышка ярчайшей сверхновой звезды ХХ века, взорвавшейся в галактике Большое Магелланово Облако на расстоянии 180 тысяч световых лет от нас.

На Земле присутствуют почти все элементы таблицы Менделеева. А откуда взялись все эти атомы, из которых состоим мы и наше окружение? Ответ может вас удивить.

Вселенная через несколько минут после своего рождения (Большого взрыва) была заполнена только легкими веществами – водородом и гелием. Последующие элементы вплоть до железа образовались в результате термоядерных реакций в недрах звезд первого поколения. Массивные звезды кончают свою жизнь грандиозным взрывом. Во время взрыва (в течение нескольких дней) одна звезда может светить мощнее, чем целая галактика! Старинные летописи сообщают нам, что изредка на небе внезапно появлялись звезды исключительно большой яркости, которые были видны даже днем. Такие звезды называют новыми и сверхновыми (приставка «сверх» означает особо большую мощность излучения). Так вот, элементы тяжелее железа образовались во время взрывов сверхновых звезд. Потом из этого вещества сформировались новые звездные системы, в том число и наша. Значит, и мы с вами состоим из атомов, образовавшихся в недрах доисторических звезд и во время их взрывов. Не здесь ли кроется разгадка извечной тяги человека к звездам?

24 февраля
Опыты Лебедева

24 февраля 1866 года родился Петр Николаевич Лебедев, измеривший давление света (ум. 1912).

Знаменитые опыты Лебедева по измерению светового давления были своего рода рекордом экспериментальной физики. Рассчитать величину светового давления сумел Максвелл на основе своей теории электромагнитных волн. Исследование светового давления стало делом всей жизни Петра Николаевича Лебедева. В 1899 году молодой экспериментатор построил остроумный и простой прибор. Легчайшие крылышки из металла или слюды он подвешивал на тонкой нити внутри стеклянного сосуда, из которого тщательнейшим образом был откачан воздух. Это были крутильные весы невиданной до тех пор точности. Направляя на крылышки мощный световой пучок, он заставлял их поворачиваться, закручивая нить. Эксперимент Лебедева своей точностью произвел сильное впечатление на ученых. Так, «патриарх» физики XIX века, лорд Кельвин, в беседе со знаменитым биологом Тимирязевым сказал: «Вы знаете, что я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, а вот ваш Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами!»

Затем Лебедев решил измерить давление света на газы, а оно во много раз меньше, чем давление на твердые тела. На этот эксперимент ушло еще десять лет кропотливого труда, из-за чудовищных трудностей Лебедев много раз бросал свою затею. В итоге работа Петра Николаевича потрясла ученый мир. Посыпались поздравления, полные удивления и восхищения его искусством. Королевский институт Англии выбрал Лебедева почетным членом.

Лебедев умер вскоре после своего триумфа в возрасте 46 лет.

25 февраля
Отец «токамака»

25 февраля 1909 года родился Лев Андреевич Арцимович. Под его руководством в 1954 году впервые получена в лабораторных условиях термоядерная реакция (ум. 1973).

Не так много научных направлений, в которых ведущая роль российских ученых общепризнана. Одно из них – управляемый термоядерный синтез (УТС), надежда будущей мировой энергетики. В России работами по УТС руководил с 1950 года Арцимович. Название созданной в Институте атомной энергии первой модели термоядерного реактора – токамак – быстро перекочевало из русского языка во многие другие, а мир охватила настоящая «токамакомания». Токамак – это вакуумная камера в виде тора (полого бублика), на которую надеты катушки, создающие сильное магнитное поле. Это поле удерживает нагретую до сотен миллионов градусов плазму, в которой происходят ядерные реакции синтеза. На сегодняшний день энергия, выделяемая при синтезе ядер, меньше энергии, затраченной на разогрев и удержание плазмы. Но ученые не сомневаются, что эта проблема будет решена. Арцимович писал незадолго до смерти: «Мы не знаем, какой путь победит: будет ли это стационарный процесс типа токамак или совсем новые пути – нагревание плазмы импульсами лазерного излучения или мощным, хорошо сфокусированным пучком электронов. <…> Часто спрашивают, когда эта задача будет решена. <…> Она обязательно будет решена, когда термоядерная энергия будет совершенно необходима человечеству, потому что принципиальных затруднений на этом пути, по-видимому, нет» (см. 15 июля).

Название «токамак» – это сокращение слов: ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками.

26 февраля
Воспевший астрономию

26 февраля 1842 года родился французский астроном-популяризатор Камилл Фламмарион (ум. 1925).

Фламмарион не сделал великих открытий, но благодаря ему несколько поколений астрономов выбрали свою профессию, а тысячи людей «заболели» астрономией. Уже в 9 лет Камилл твердо решил посвятить свою жизнь астрономии. С 14 лет ему пришлось устроиться на работу, но вечера и ночи он посвящал самообразованию, и в 16 лет сдал экзамены на бакалавра. Фламмарион стал учеником-астрономом в Парижской обсерватории, директором которой был знаменитый Леверье, открывший планету Нептун «на кончике пера». Юного ученика нагрузили рутинной вычислительной работой (компьютеров-то не было), а в свободные часы, в тайне от всех, он писал свою первую книгу «Многочисленность обитаемых миров». Книга 20-летнего мечтателя вышла в свет и имела шумный успех, а автор ее потерял работу – Леверье выгнал самовольного ученика. Но заказы на статьи, книги, публичные лекции шли со всех сторон. Из переписки с читателями родилась следующая его книга, самая знаменитая – «Популярная астрономия». Она переиздавалась 100 раз и была переведена почти на все языки мира. Фламмарион написал очень много книг. Для астрономов-любителей он основал журнал «Астрономия», где публиковал составляемые им самим ежемесячные карты неба. Чтобы объединить всех единомышленников, он основал Французское астрономическое общество и первую в мире Народную обсерваторию. По его примеру в течение 20 лет по всему миру возникло 29 такого рода обществ. Благодаря Камиллу Фламмариону астрономия буквально «вышла в люди».

27 февраля
Дизель – человек и машина

27 февраля 1892 года немецкий инженер Рудольф Дизель (1858–1913) подал заявку на получение патента на тепловой двигатель внутреннего сгорания.

Рудольф Дизель создал двигатель, завоевавший весь мир. Когда говорят «дизель», уже никто не воспринимает это слово как фамилию, только как машину.

Дизель родился в Париже в небогатой семье и считал себя французом. Но когда в 1870 году Франция и Пруссия начали войну, вдруг выяснилось, что семья Дизелей – немцы и, значит, враги. Они стали беженцами. Отец уговорил 12-летнего сына ехать в Германию к дяде – учиться. И вот однажды на лекции Дизель впервые услышал об идеальной тепловой машине Карно (см. 1 июня). Эта лекция изменила всю его жизнь. Дизель разработал свой тепловой двигатель, получил на него патент, но не мог найти денег, чтобы воплотить мечту в жизнь. Иногда он впадал в отчаяние. Первая опытная модель двигателя взорвалась во время испытаний. Стиснув зубы, Рудольф продолжал работать. В феврале 1894-го заработала новая усовершенствованная модель – так родился дизель. Если вы думаете, что с этого момента изобретатель мог спокойно почивать на лаврах, то ошибаетесь. Двигатель Дизеля работал на жидком топливе, и это не устраивало угольных магнатов. Начиналась великая война Угля и Нефти. «Изобретение никогда не было лишь продуктом творческого воображения: оно представляет собой результат борьбы между отвлеченной мыслью и материальным миром», – писал Дизель. Человек этой борьбы не выдержал, в отличие от его машины. Однажды английские рыбаки выловили труп хорошо одетого мужчины. Это был Рудольф Дизель.

28 февраля
Женщина, оставшаяся в тени

28 февраля 1953 года Фрэнсис Крик в Кембридже впервые объявил о построении модели пространственной структуры молекулы ДНК, за что в 1962 году получил Нобелевскую премию (совместно с Уотсоном и Уилкинсоном).

Разгадка пространственной структуры молекулы ДНК дала мощный толчок развитию генетики. Как правило, это открытие ассоциируется лишь с именами Уотсона и Крика. Только специалисты помнят, какую важную роль в нем сыграла Розалинд Франклин (1921–1958), молодая женщина, биофизик, химик, специалист высочайшего класса по рентгеноструктурному анализу. Этот метод, основанный на дифракции рентгеновских лучей на атомах кристалла, позволяет делать выводы о структуре вещества.

Построить пространственную модель молекулы ДНК пытались многие биологи и химики. Для проверки гипотез требовались высококачественные рентгенограммы этого вещества, и именно Розалинд Франклин получила их. Опираясь на ее экспериментальные результаты, Уотсон и Крик разгадали структуру ДНК. Вызывает недоумение, что ее имя вообще не упомянуто в их знаменитой статье, опубликованной в 1953 году (правда, в своей книге «Двойная спираль», вышедшей спустя 15 лет, Уотсон вспоминает Франклин). Вскоре после этих событий Розалин умерла от рака – болезни, связанной с непрестанным рентгеновским облучением. Она продолжала работать почти до самой смерти, которая наступила в 37-летнем возрасте, за три года до выдвижения работы по определению структуры ДНК на Нобелевскую премию. Так ее имя не было увековечено: в соответствии с Нобелевским уставом премия присуждается только живым.

Март

1 марта
Случайность и закономерность открытия

1 марта 1896 года французский физик Антуан Анри Беккерель (1852–1908) открыл явление радиоактивности. За это открытие в 1903 году он удостоен Нобелевской премии по физике.

Анри Беккерель занимался изучением фосфоресценции урановых солей. Кристаллы ураново-калиевой соли после предварительного освещения солнечным светом давали сильное послесвечение – это и есть фосфоресценция. Для проведения очередных экспериментов Беккерель подготовил несколько образцов. Поскольку погода стояла пасмурная, он положил их на завернутые в плотную черную бумагу фотопластинки и спрятал в темный ящик стола. На заседании Академии наук 2 марта Беккерелю предстояло сделать сообщение о своих исследованиях, но у него было мало экспериментального материала, поэтому накануне, несмотря на воскресный день, он пришел в лабораторию. Чтобы убедиться в пригодности фотопластинок, Беккерель проявил верхнюю из них. К своему величайшему удивлению он обнаружил на ней резкие силуэты образцов соли. Значит, солнечный свет здесь не при чем! Источником излучения, вызывающего потемнение фотопластинок, являются сами образцы! Во время дальнейшей работы с различными соединениями урана, а потом и с чистым ураном, Беккерель пришел к выводу, что именно уран является источником нового вида излучения. Оно было названо радиоактивным по предложению Марии Кюри.

Беккерель стал и первооткрывателем, и первым пострадавшим от радиоактивного излучения: он положил кусок ураново-калиевой соли в карман и получил радиационный ожог бедра.

2 марта
Флеров и атомная бомба

2 марта 1913 года родился Георгий Николаевич Флеров (ум. 1990), создатель и директор Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Под его руководством синтезированы элементы 102–106.

Флеров – один из основоположников ядерной физики в СССР. Еще аспирантом в 1940 году он сделал фундаментальное научное открытие: спонтанное деление ядер урана (см. 14 июня). С началом войны Флерова направили в Йошкар-Олу слушателем военно-воздушной академии. При любой возможности он посещал опустевшие научные библиотеки и вдруг обнаружил, что в иностранных научных журналах исчезли статьи по делению урана. Это означало, что разрабатывается новое секретное оружие. Флеров писал письма Курчатову, а потом и самому Сталину о необходимости продолжить работу над ураном. В конце концов, призывы достигли цели, и в сентябре 1942 Сталин принял решение о возобновлении работ. Руководителем проекта стал Курчатов. Но по-настоящему советский атомный проект развернулся только после Хиросимы.

Летом 1949 года Флеров отправился на Урал, в маленький городок Кыштым, где уже работал атомный реактор, и было получено необходимое количество плутония. Флеров лично проводил крайне рискованный опыт по определению критической массы плутония. Затем к опытам присоединился Курчатов. Они рисковали своими жизнями и почти всем запасом плутония, который был тогда в нашей стране. 29 августа 1949 года была взорвана советская атомная бомба. На этом Флеров поставил точку в своей секретной деятельности и занялся новой областью ядерной физики – синтезом сверхтяжелых элементов.

3 марта
Космические скорости

3 марта 1972 года произведен запуск первого космического аппарата, покинувшего к 2003 году пределы Солнечной системы – «Пионера-10» (США). Сейчас «Пионер-10» летит в сторону звезды Альдебаран в созвездии Тельца. Он достигнет ее через 2 миллиона лет.

Минимальная скорость для вывода корабля на околоземную орбиту называется первой космической, она равна 7,9 км/с. Чтобы полностью освободиться от земного тяготения и улететь далеко от Земли, требуется скорость, превышающая вторую космическую: 11,2 км/с. Но чтобы покинуть Солнечную систему, недостаточно вырваться из гравитационных пут Земли, надо еще преодолеть гораздо более сильное притяжение Солнца. Для этого при старте аппарату надо сообщить относительно Солнца минимально скорость 46,7 км/с. Это очень много! Выручает тот факт, что сама Земля обращается вокруг Солнца по круговой орбите со скоростью около 30 км/c и «дарит» эту скорость аппарату, стартующему с нее. Поэтому, если запускать аппарат в направлении орбитального движения Земли, необходимая стартовая скорость равна примерно 16,7 км/c – ее называют третьей космической. Но и такая скорость для современных ракет на химическом топливе требует очень больших затрат горючего. Аппарат «Пионер-10» стал первым, сумевшими преодолеть притяжение Солнца. Он впервые пролетел мимо Юпитера и сфотографировал его из космоса.

«Пионер» несет и послание внеземным разумным существам: на пластинке из анодированного алюминия изображены фигуры мужчины и женщины на фоне аппарата, траектория его полета и схема Солнечной системы.

4 марта
Думайте сами, решайте сами

4 марта 1726 года в Петербурге при Академии наук открылась первая в России гимназия.

Петр I взялся приобщать народ к грамоте, Россию – к европейской культуре. Не сразу поняли наши предки, что учение – благо. Поначалу в «цифирные» школы сгоняли батогами да угрозами. И сейчас многие с неохотой в школы идут, думают: зачем стихи все эти учить, да даты, а задачки по физике – вообще ужас! Между тем наука подтверждает: ученье – не только свет, но и жизнь. Швейцарские ученые выяснили, что выпускники университетов живут в среднем на 7 лет дольше своих сверстников со средним образованием. Российский академик Наталья Бехтерева уверяет: при помощи интеллектуальной работы можно продлить свою жизнь. Когда мы думаем, активизируются обширные зоны мозга. А поскольку все зоны мозга выполняют сразу многие функции, то попутно оживляется весь организм: дыхание, сердцебиение, нервная система и т. д. Так что решение задач действует не хуже физзарядки! Помолодеть можно даже в старости, если ты берешься решать задачи, требующие напряжения умственных сил. Тот, кто думает, решает сложные задачи, тот действительно живет дольше и полноценнее.

Попробуйте и вы свои силы в задачах:

Два землекопа выкапывают 2 м канавы за 2 часа.

Сколько землекопов за 5 часов выкопают 5 м канавы? (Ответ: 2)

Полный бидон с молоком весит 30 кг, а наполненный на половину – 15,5 кг. Сколько весит бидон? (1 кг)

– Какие слова чаще всего произносят наши ученики?

– Я не знаю…

– Точно!

5 марта
Открытия «Путешественника»

5 марта 1979 года американский космический аппарат «Вояджер-1» достиг Юпитера.

«Вояджер-1» – аппарат для исследований Юпитера и Сатурна – стартовал 5 сентября 1977 года. В марте 1979-го он достиг Юпитера и прошел вблизи его спутников Ио и Каллисто, а в ноябре 1980-го – мимо Сатурна и его спутников. Благодаря отправленным на Землю фотоснимкам и данным измерений «Вояджера» мы узнали, например, что на поверхности Ио – ближайшего к Юпитеру спутника – совсем нет кратеров, так как они уничтожаются постоянными извержениями и потоками лавы. Ио отличается чрезвычайно бурной вулканической активностью. Там имеются также горы, озера расплавленной серы и глубокие кальдеры (котлообразные впадины, образовавшиеся после провала вулканических вершин). А вот Каллисто, наоборот, весь покрыт древними кратерами. Следовательно, поверхность этого спутника очень старая (около 4 млрд лет), а его геологическая активность крайне низкая. Предполагается, что под его ледяной корой толщиной 200 км находится слой воды. По прогнозам НАСА, именно Каллисто может стать первым из колонизированных спутников Юпитера и центром дальнейших исследований окрестностей этой гигантской планеты.

В 2013 году «Вояждер-1» вышел в межзвездное пространство и стал первым аппаратом, передавшим информацию о межзвездной среде. Теперь он летит к центру нашей Галактики. К 2025 году он исчерпает запасы своей энергии, и связь с Землей прекратится… Через 300 тысяч лет он пролетит неподалеку от Сириуса, а через миллион лет удалится от нас на расстояние 47 световых лет.