Цивилизация с нуля. Что нужно знать и уметь, чтобы выжить после всемирной катастрофы

Один из первых научных инструментов, которые вам нужно будет переизобрести, тесно связан с тем загадочным явлением, что вакуумный насос, как мы говорили в главе 8, не может качать воду из скважины глубиной более десяти с небольшим метров. Возьмите длинную трубу, наполните ее водой и, заглушив оба конца, подвесьте на высокую башню. Опустите трубу нижним концом в резервуар с водой и снимите нижнюю заглушку. Под действием силы тяжести вода из трубы устремится вниз, но вытечет не вся, и вы обнаружите, что, как бы ни модулировали условия опыта, высота оставшегося в трубе столба воды всегда составит 10,5 м (примечательно, что такова же максимальная высота, на которую может поднять воду из скважины вакуумный насос). Вверху трубы вместо воды, вытекшей наружу, образуется полость, куда не может попасть воздух, — это вакуум. Масса остаточного водяного столба уравновешивается силой, прилагаемой к нему снизу воздушным океаном, — атмосферой. Колебания этой силы сказываются в виде подъемов и падений столба жидкости в трубе: у вас получился действующий индикатор давления. Если взять жидкость плотнее воды, можно построить барометр покомпактнее: давление атмосферы равняется всего 76 см ртутного столба (против более чем 10 м водяного).

Для ртутного барометра можно взять любую стеклянную трубку — изящество этого прибора в том, что диаметр трубки не имеет значения, главное, чтобы постоянной оставалась ее длина. Чем толще столбик ртути, тем больше его масса, стремящаяся вниз, но ее точно компенсирует атмосферное давление, толкающее обратно вверх: все ртутные барометры любой конструкции покажут вам одно и то же значение.

Когда у вас появляется новый инструмент, он открывает недоступные прежде возможности исследования мира, и это часто ведет к мощной волне новых открытий. Попробуйте, например, отнести ваш новенький барометр на вершину горы и проследите, как с высотой местности меняется атмосферное давление, или постройте таблицу соответствий незначительных колебаний атмосферного давления и смены погоды в вашей округе. Врачи поныне считают кровяное давление в соответствующих единицах ртутного столба: нормой считается значение около 80 мм ртутного столба между ударами сердца.

Для измерения температуры понадобится устройство похитрее. Температуру предметов мы определяем посредством органов чувств: прикоснувшись, понимаем, теплый предмет или холодный. Но как сделать прибор, который точно измерит чувственное восприятие, выразит теплоту в цифрах? Фокус в том, чтобы найти физические эффекты, коррелирующие с тем, что вы ощущаете: так вы можете заметить, что при нагревании вещества, бывает, расширяются. Тогда следующим шагом будет конструирование такого прибора, который, опираясь на это явление, объективно измерит температуру. Простой индикатор можно сделать из тонкой стеклянной трубки, запаянной с обоих концов и наполовину заполненной какой-нибудь жидкостью, — так эффект ее расширения при нагреве особенно нагляден. Прицепите эту трубку к линейке с делениями, и уровень жидкости покажет вам температуру нужного объекта. Теперь можно, не полагаясь на субъективное восприятие, сравнивать нагрев разных предметов.

Но уровень жидкости, соответствующий той или иной температуре, а значит, и значение, которое вы получаете, целиком зависит от шкалы и других особенностей конструкции прибора (в отличие от рассмотренного выше простейшего барометра): вы не сможете сопоставить свои измерения с данными других термометров. Нужна стандартная температурная шкала, которую всякий может перенять и нанести на свой термометр. А для этого надо найти способ задать фиксированные значения — события или состояния вещества, которые наблюдаются всегда при одной и той же температуре и потому могут служить точкой отсчета для термометра. Представляется естественным взять за эталонное вещество воду, потому что в быту мы сталкиваемся со всем диапазоном ее состояний — от наледи на утренних дорогах до кипящей кастрюли. При наличии верхней и нижней точек шкалы остается простая задача разбить ее на удобное ровное число делений, чтобы можно было делать информативные замеры. Шкала Цельсия основана на точках замерзания и кипения воды, в которых он, соответственно, разместил отметки в 0° и 100°[61]. Но вы не станете заливать воду в термометр, обнаружив, что ртуть расширяется более равномерно и, значит, дает более высокую точность измерения. Чтобы изобрести прибор, показывающий температуру выше точки кипения ртути, например чтобы измерять жар горна или домны, придется обратиться к другим физическим явлениям. Например, изучение электричества покажет вам, что сопротивление проводника часто возрастает при его нагревании.

Научный метод: продолжение