Физика и жизнь

В 2002 году я работала в Новой Зеландии в одном из центров верхового туризма, расположенном вблизи Крайстчерча. Однажды вечером раздался телефонный звонок, и, к моему удивлению, он адресовался мне. Поскольку звонок был принят на беспроводной телефонный аппарат, я сняла трубку, вышла с ней из дома и уселась на склоне холма. Звонила Нана. Ей захотелось поговорить со мной (к тому моменту прошло уже около шести месяцев, как я уехала из Великобритании и за все это время ни разу не общалась со своей семьей), она набрала нужный номер – и вот я уже разговариваю с ней. Когда она со своим характерным ланкаширским акцентом начала расспрашивать меня о еде, лошадях и работе, я внезапно осознала всю необычность – и даже фантастичность – ситуации. Я нахожусь на другом конце гигантской планеты, так далеко от своей семьи, насколько это вообще возможно, если, конечно, не выходить в открытый космос (расстояние по прямой между нами составляло 12 742 километра, а с учетом кривизны земной поверхности – все 20 000 километров), и тем не менее слышу голос Наны так, словно она стоит на расстоянии вытянутой руки. Не могу передать ту гамму чувств, которую испытывала в течение всех десяти минут разговора. В наши дни все земляне ощущают свою принадлежность к единой человеческой цивилизации благодаря невидимым волнам, позволяющим людям, проживающим в самых отдаленных уголках планеты, общаться. Колоссальное и почти невероятное достижение человеческой мысли! Работа изобретателей-энтузиастов, таких как Маркони и Попов, и даже гибель «Титаника» указали путь к сегодняшнему миру, в котором возможность общения между людьми, находящимися на огромных расстояниях друг от друга, воспринимается как нечто само собой разумеющееся. Я благодарна судьбе за то, что родилась достаточно рано, чтобы испытывать неподдельное восхищение, которого заслуживает это достижение. Наши глаза не в состоянии обнаружить волны, а оценить невидимое всегда нелегко. Но когда в следующий раз будете звонить по мобильному телефону, задумайтесь над этим. Вообще говоря, волна – очень простое физическое явление. И если вы поймете принципы и механизмы ее использования в повседневной жизни, то мир, в котором вы живете, станет еще ближе и понятнее.

Глава 6. Почему у уток не мерзнут лапы? Танец атома

Большинство людей считают соль ничем не примечательным продуктом, который обычно хранят в шкафчике на кухне. По крайней мере она почти никогда не оказывается в центре внимания. Но, присмотревшись к горсти соли внимательнее, особенно при ярком освещении, нетрудно заметить, как она искрится. Если поднести горсть соли ближе к глазам, сверкание ее кристаллов станет еще отчетливее. Посмотрите на горсть соли сквозь увеличительное стекло, вы увидите, что форма ее кристаллов вовсе не произвольна, а их грани выглядят так, словно их тщательно отполировали. Каждый кристаллик имеет форму правильного куба, причем размер его грани примерно полмиллиметра. Сверкание кристаллов соли объясняется тем, что свет отражается от их плоских граней, которые ведут себя как крошечные зеркала. Если горсть соли осторожно помешивать ложечкой, то грани многочисленных кристалликов будут искриться, отражая свет под разными углами. Материал, добываемый путем бурения в соляной шахте, имеет вид крошечных «скульптур» одинаковой формы. Это единообразие вовсе не результат каких-то особенных способов добычи соли: просто так она формируется. И это указывает на то, из чего изготовлен данный материал.

Поваренная соль представляет собой хлорид натрия и состоит из равных количеств ионов натрия и хлора[56]. Вы можете думать о них как о шариках разных размеров: диаметр иона хлорида почти в два раза больше диаметра иона натрия. Когда образуется соль, каждому из ее компонентов отведено определенное место в весьма специфической структуре. Как яйца во множестве гигантских лотков, уложенных друг на друга, ионы хлорида выстраиваются в длинные ряды и столбцы, формируя пространственную кристаллическую решетку. Получается нечто вроде множества крошечных кубических структур, каждая из которых образована восемью ионами хлорида с ионом натрия посредине. Кристалл поваренной соли представляет собой гигантскую пространственную сетку кубической формы, причем каждая сторона такого огромного куба состоит примерно из миллиона атомов хлора. Когда кристаллы соли растут, они, как правило, наращивают очередной новый слой поперек всей плоской грани – и так слой за слоем. Таким образом, в процессе роста кристалла соли его грани сохраняют плоскую форму, поскольку каждый очередной слой идеально укладывается на предназначенное для него место. Плоские грани каждого куба могут отражать свет, подобно зеркалу.