Научные открытия для тех, кто любит краткость

Почему цепную ядерную реакцию так трудно держать под контролем? Деление ядер урана вызывается нейтронами, и в результате деления каждого ядра образуются 2–3 новых нейтрона – их называют следующим поколением. Ход реакции определяется коэффициентом размножения нейтронов k, который показывает, во сколько раз изменяется число нейтронов в каждом следующем поколении. Если k меньше единицы, реакция затухает, k больше единицы – идет по нарастающей; при работе в стационарном режиме этот коэффициент должен в точности равняться единице. В реакторе помещают специальные регулирующие стержни, способные поглощать нейтроны и таким образом регулировать их коэффициент размножения. Сложность в том, что поколения нейтронов сменяются за миллионную долю секунды; человек не в состоянии отслеживать такие быстрые процессы – только автоматика. И точность регулировки требуется чрезвычайно высокая: увеличение k хотя бы на одну сотую приводит к взрывному ходу реакции. Именно это произошло на Чернобыльском реакторе при попытке изменения режима его работы (см. также 5 мая).

27 апреля Тучи на горизонте классической физики

27 апреля 1900 года лорд Кельвин прочел знаменитую лекцию в Королевском институте, в которой он точно указал две основные проблемы классической физики на рубеже веков.

К концу XIX века классическая физика была практически завершена. Были созданы полная теория электромагнитных явлений и оптика, термодинамика, не говоря уже о механике. Однако 76-летний лорд Кельвин, «король» классической физики (см. 26 июня), с удивительной проницательностью указал на две «тучи», омрачающие красоту и ясность науки, одним из создателей которой он сам являлся. Первая «туча»: «как может Земля двигаться сквозь упругую среду, какой по существу является светоносный эфир?». Вторая – невозможность термодинамически обосновать спектры теплового излучения тел. Подводя итог бесплодным поискам путей преодоления противоречий, лорд Кельвин пессимистично заключает, что простейший путь состоит в том, чтобы не обращать внимания на существование этих «туч».

Но уже через несколько месяцев, в последние дни XIX века, Планк опубликовал свое решение проблемы теплового излучения, введя понятие о квантовом характере излучения и поглощения света, а через пять лет Эйнштейн сформулировал частную теорию относительности, отрицающую существование эфира. Таким образом, за двумя тучками на небе физики скрывались теория относительности и квантовая механика – фундаментальные основы сегодняшней физики.

В 75 лет лорд Кельвин ушел в отставку с должности профессора, но в соответствии со своим неугомонным характером тут же записался в университет в качестве студента-исследователя.

28 апреля Пропавшие потери

28 апреля 1911 года голландский физик Камерлинг-Оннес на заседании Королевской академии наук в Амстердаме сообщил об открытии явления сверхпроводимости.

Сверхпроводимость – одно из самых необычных явлений физики. Открытие его было неожиданным, но тот факт, что первооткрывателем стал Камерлинг-Оннес (см. 21 сентября), не случаен. Дело в том, что именно ему удалось решить труднейшую научную и техническую задачу того времени: получить жидкий гелий (для этого потребовалось охладить его до температуры минус 269 °C, или 4 градуса Кельвина), что позволило ученым заглянуть в неведомый мир низких температур. Оказалось, что при охлаждении веществ жидким гелием они начинают проявлять удивительные свойства. Камерлинг-Оннес поместил в жидкий гелий ртуть, и ее электрическое сопротивление полностью исчезло! Он назвал это явление сверхпроводимостью. Вскоре он обнаружил сверхпроводимость не только в ртути, но и в целом ряде других металлов.

По сверхпроводящей замкнутой цепи ток может сколь угодно долго циркулировать, не затухая. Самое длительное существование незатухающего тока – около двух лет – было зафиксировано впоследствии в Англии (этот ток тек бы и поныне, если бы не перерыв в снабжении лаборатории жидким гелием, вызванный забастовкой транспортных рабочих). Точность современных измерений в 10 миллиардов раз выше, чем была у Камерлинг-Онесса, но отличие от нуля сопротивления сверхпроводника обнаружить не удается.

Чтобы понять природу этого удивительного явления, потребовалось почти полвека.

Сверхпроводимость – когда без напряжения преодолеваешь сопротивление.

29 апреля Отцы и дети