Научные открытия для тех, кто любит краткость

С давних пор люди мечтали летать, словно птицы. Но осваивать воздушный океан они начали, плавая, словно рыбы. В качестве «плавательного пузыря» можно использовать оболочку, наполненную более легким, чем воздух, газом: водородом, метаном, аммиаком. Правда, водород и метан взрывоопасны, а аммиак ядовит. Идеален для этой цели гелий – легкий инертный газ. Но в эпоху пионеров воздухоплавания гелий еще не был открыт. Проще всего оказалось нагреть воздух – ведь горячий газ легче, чем холодный. Изменяя температуру воздуха внутри шара, можно регулировать его подъемную силу. Так и поступили братья Жозеф Мишель и Жан Этьенн Монгольфье. Такие шары стали называть монгольфьерами. 19 сентября 1783 года в присутствии короля Людовика XVI во дворе его замка они отправили в воздух барана, петуха и утку. А вскоре был совершен первый полет человека. В корзине монгольфьера поднялись в воздух физик Жан Франсуа Пилатр де Розье, принимавший самое активное участие в постройке монгольфьера, и его друг. Они пролетели над всем Парижем на высоте около 450 метров и приземлились в 8,5 километрах от места старта. Людовик XVI, правда, предлагал отправить в первый полет уголовников, осужденных на вечную каторгу, обещая им за участие в столь рискованном предприятии амнистию. Но де Розье убедил короля, что нельзя отдавать звания первооткрывателей преступникам.

Увы, Пилатр де Розье стал не только пионером воздухоплавания, но и первой его жертвой (см. 24 ноября).

22 ноября Теория Всего Сущего

Во времена Фарадея великие открытия делались буквально «голыми руками» – без сложной математики, с помощью простых инструментов. Сегодня, чтобы «вопрошать» материю о том, как она устроена, физики сталкивают частицы, разогнанные на гигантских ускорителях. Так удалось проникнуть вглубь материи до расстояний миллиардная от миллиардной доли метра (10^-18 м). Так открыли кварки (см. 10 ноября). Теория кварков с успехом выдержала все проверки. И все же трудно поверить, что фундаментальные частицы – кварки и лептоны – это точечные образования, лишенные какой бы то ни было внутренней структуры. Как могут точки обладать массой, зарядом и другими характеристиками? В 1984 году физики Майкл Грин и Джон Шварц впервые представили на суд ученых новые идеи о том, как может выглядеть следующий, еще более глубинный слой Мироздания. Все фундаментальные элементы – это не точки, а крошечные непрерывно вибрирующие струны, свернутые «колечками». Размеры колечек невообразимо малы: 10^-35 метра (так называемая «планковская длина»). Разные типы колебаний этих универсальных струн представляют собой все возможные частицы: один тип колебаний дает фотон, другие – гравитон, электрон и т. д. Так начала развиваться теория струн, или Теория Всего Сущего. Теория потребовала нового и очень сложного математического аппарата, который еще не разработан до конца. У нее много авторов. Может быть, и Вы будете одним из творцов Теории Всего Сущего?

Физики подсчитали, что для прямой экспериментальной проверки теории струн потребуется ускоритель размером с Галактику!

23 ноября Критическое состояние вещества

23 ноября 1837 года родился Ван-Дер-Ваальс, лауреат Нобелевской премии «за работу над уравнением состояния газов и жидкостей» (ум. 1923).

До какой температуры можно нагреть воду? Если нагревать при атмосферном давлении, то вода закипит при 100 °C. В герметически закрытом сосуде, который выдерживает очень высокие давления, воду можно нагреть до 374 °C! Давление ее пара при этом будет огромным: 220 атмосфер. А еще горячее воду сделать уже невозможно. Эту температуру называют критической. Жидкость и пар при критической температуре весьма необычны. Разберемся подробнее. При нагревании плотность воды уменьшается, а плотность ее насыщенного пара, наоборот, сильно увеличивается. При критической температуре эти плотности становятся одинаковыми – около 0,3 г/см³. Это в три с лишним раза меньше плотности «обычной» воды и в 500 раз больше плотности стоградусного пара. А чем отличается жидкость от пара? На этот вопрос дал ответ Ван-Дер-Ваальс: по существу, ничем. И там, и там молекулы на небольшом расстоянии притягиваются, а сблизившись вплотную, резко отталкиваются. Эти молекулярные силы назвали ван-дер-ваальсовскими. В газе молекулы так удалены друг от друга, что их притяжение почти не ощутимо. Но стоит им достаточно сблизиться, как силы притяжения «сцепляют» молекулы, и получается жидкость. При критической температуре и критическом давлении жидкое и газообразное состояния неразличимы: вода «сливается» со своим паром. Это и есть критическое состояние. Оно присуще всем веществам, у каждого при своей температуре и давлении.