Физика и жизнь

Пока я наблюдала за тем, как лужа молока впитывается в полотенце, молекулы воды собирались вместе, толкаясь друг с другом внутри ворса. Те, которые располагались внизу, продвигались вместе с остальной толпой, сцепляясь с соседними молекулами воды. Те, которые соприкасались с хлопком, сцеплялись и с хлопком, и с молекулами воды, находящимися по другую сторону, удерживая свою позицию. Молекулы, соприкасающиеся с сухим полотенцем, сцеплялись с этим сухим хлопком и притягивали к себе другие молекулы воды, находившиеся позади, заполняя таким образом зазоры в структуре. Пребывающие на поверхности тащили за собой молекулы воды, находившиеся непосредственно под ними, стараясь окружить себя как можно большим числом других молекул воды, и в процессе подтягивая воду вверх. Это явление называется капиллярным эффектом. Гравитация тянет вниз все молоко, заполняющее микроканалы в ворсе. Но она не в состоянии конкурировать с силами, тянущими молоко вверх, то есть с силами наверху, где молоко соприкасается с сухим хлопком внутри миллионов крошечных воздушных карманов. Когда я свернула полотенце и убрала его, отдельные его участки буквально до краев пропитались молоком, заполнившим воздушные карманы.

Молекулы воды продолжат взбираться наверх по зазорам, подтягивая за собой другие молекулы воды до тех пор, пока сумма крошечных сил, действующих со стороны множества воздушных карманов, в конечном счете не уравновесится силой притяжения нашей планеты. Именно поэтому, когда вы опустите конец полотенца в воду, жидкость сначала быстро распространится на несколько сантиметров вверх, а затем остановится. В этот момент вес воды в точности сбалансируется силой поверхностного натяжения. Чем уже каналы в ворсе, тем большая поверхность на полотенце обеспечивает суммарную силу поверхностного натяжения и тем выше будет граница поднятия воды. Масштаб в данном случае имеет решающее значение: если ворс будет той же формы, но в сто раз длиннее, то такое полотенце вообще не станет впитывать воду. Но если ворс сделать гуще, то иерархия сил изменится и вода в таком полотенце поднимется на большую высоту.

Самое полезное качество полотенца состоит в том, что после просушки из его воздушных карманов испаряется вся вода: она просто растворяется в воздухе. Более простой и удобный способ решения проблемы трудно представить: полотенце вбирает жидкость и удерживает ее до тех пор, пока она не улетучится сама собой[33].

Расправившись таким образом с лужей пролитого молока, я испекла яблочный пирог и оставила кухню практически в безукоризненном состоянии. Правда, оставалось решить последнюю проблему, которая не имела никакого отношения к теории поверхностного натяжения. Взбитые сливки, поданные мной вместе с яблочным пирогом, имели не очень приятный кисловатый вкус, о чем свидетельствовали выражения лиц моих гостей. Одним словом, век живи – век учись. Я постараюсь никогда больше не совершать такую ошибку.

Причина, по которой полотенца изготавливают из хлопка, заключается в том, что хлопок – это в основном клетчатка, то есть длинные цепочки сахаров, с которыми охотно сцепляются молекулы воды. Вата, кухонное полотенце, дешевая бумага – все это хорошие абсорбенты, поскольку на микроуровне обладают ворсистой структурой, состоящей из водолюбивой целлюлозы. Вопрос в следующем: каковы пределы этой «размерозависимой» физики? Если эти каналы будут настолько малы, насколько это физически возможно, то что можно с ними сделать? Речь идет не только о полотенцах, всасывающих воду вверх по узким каналам из целлюлозы. Природа позаботилась об этом задолго до нас. В качестве впечатляющего примера того, на что способна физика микромира, назову самый большой из живых организмов на планете: гигантское калифорнийское мамонтовое дерево.

⁂

В лесу тихо и сыро. Создается впечатление, что так было всегда и изменения здесь – редкость. Земля между стволами деревьев покрыта мхом и зарослями папоротника, и единственные звуки, которые можно здесь услышать, – пение невидимых птиц и глубокое, тревожное кряхтение деревьев, слегка покачивающихся из стороны в сторону. Высоко вверху сквозь переплетение тонких ветвей проглядывают островки голубого неба, а внизу, под моими ногами, повсюду виднеется вода: лужицы, пропитанные влагой клочки почвы и ручейки, устремляющиеся вниз по долине. Каждый раз, гуляя по лесу, я невольно настораживаюсь, замечая далеко впереди подозрительное темное пятно, несколько выбивающееся из общей картины. Нет, это не хищник. Это дерево, один из настоящих гигантов, тысячелетний колосс, скрывающийся за молодой порослью и утверждающий свой особый статус в лесу обширной тенью, отбрасываемой на землю и соседние деревья.