Вкус Солнца. Маленькие чудеса необъятной Вселенной

Частицы похожи на людей, оказавшихся в толпе: они постоянно соприкасаются друг с другом, борясь за пространство, двигая локтем тут и эффектно падая там. Именно эти постоянные столкновения составляют основу «кинетической теории», которая возникла в конце XIX века благодаря изысканиям небольшой группы в меру гениальных физиков.

Если температура объекта падает, кинетическая энергия его частиц сокращается. И наоборот, с повышением температуры увеличивается кинетическая энергия. Нагревание и охлаждение всех объектов — это на самом деле просто передача тепла, и поэтому температура всего лишь индикатор способности одного предмета передавать тепло другому: от меня к вам, от кофе к ложке, отсюда туда.

Причину, по которой тепло переходит от горячих объектов к холодным, а не наоборот, кратко объяснил австрийский ученый Людвиг Больцман, опубликовавший по этой теме серию работ в 1870-х годах. Как ни странно, это всего лишь вопрос вероятности, элементарного шанса. Больцман осознал, что изменения температуры происходят не вследствие некоего абсолютного и непреклонного закона, а потому, что статистически более вероятно, что быстро движущиеся атомы горячего вещества столкнутся с более медленными, более холодными атомами холодного вещества. Когда происходит достаточное количество столкновений, тепловая энергия распределяется равномернее. По мере того как это происходит, температуры двух соприкасающихся объектов начинают выравниваться, пока не будет достигнуто состояние теплового равновесия, при котором температуры одинаковы, а обмен энергии прекращается.

Тепло — явление решительно нерешительное. Обычно оно не остается там, где вы его оставили: повернитесь к нему спиной всего на пять минут, и вы обнаружите, что оно уже куда-то переместилось.

Ужасно прояснительно

Попросту говоря, свет можно назвать способом передачи энергии в пространстве и по всей Вселенной. Но когда мы называем словом «свет» то, чем можно восхищаться, в чем можно сидеть и что может литься, мы имеем в виду лишь одну часть большого спектра — видимую, или оптическую. Однако наши глаза видят не всё.

Видимый свет находится в середине электромагнитного спектра. Этот спектр включает в себя излучение всех видов: с длинными волнами и низкими частотами (как радиоволны) или с короткими волнами и высокими частотами (как рентгеновские лучи). Все это излучение движется со скоростью света, равной 299 792 458 метров в секунду, причем таким образом, что его нельзя точно определить как частицу или волну. Чтобы обойти этот небольшой, но упрямый конфликт определений, физики используют термин «корпускулярно-волновой дуализм».

Свет возникает при разных физических процессах, например когда возбужденные атомы переходят из более высокого энергетического состояния в более низкое или, наоборот, из более низкого состояния в более высокое. При этом они получают или теряют энергию, и эта энергия излучается в виде фотона. Общий термин для создания света путем возбуждения атомов таким способом — «люминесценция» (это, помимо всего прочего, еще и очень красивое слово).

Свет ведет себя предсказуемо, поэтому мы можем формировать его и манипулировать им, использовать его для процессов, которые кажутся чистой магией. Свет — и неважно, исходит он от Солнца или другого подходящего источника, — отражается от окружающих нас предметов (людей, зданий, птиц в полете) и позволяет нам видеть форму и историю, которую мы позже сможем воспроизвести с помощью шокирующей технологии Technicolor.

Именно такое поведение света можно классифицировать как зеркальное или диффузное отражение. В первом, зеркальном, случае свет отражается от объекта четко определенным образом, как от зеркала, стекла или гладкой поверхности воды в штиль. Однако большинство отражений являются диффузными, потому что почти все в жизни нерегулярно и не поддается прогнозу, и когда свет попадает на такие предметы, он рассеивается.

Свет преломляется, когда проходит через определенные предметы, и этот «изгиб» света особенно полезен для тех из нас, кому приходится носить очки: линзы, через которые мы смотрим, преломляют свет.

А еще свет демонстрирует поведение, называемое дифракцией и интерференцией. Дифракция — это когда свет изгибается вокруг препятствий или проходит через зазоры: если прикрыть глаза в темноте и сквозь щелочки разглядывать, как уличные фонари превращают свет в причудливые длинные полосы и ловкие, усеченные движения, вы увидите пример дифракции. Интерференция — это встреча двух световых волн: они либо прекрасно поладят и будут взаимно компенсировать друг друга, либо не достигнут согласия и будут вместе расти и меняться. Непредсказуемая цветная поверхность мыльного пузыря — это пример интерференции — явления, которое может заставить нас взглянуть на процесс мытья посуды совершенно по-новому.