Воздушный шар, казалось бы – игрушка ветров: куда они дуют, туда он и летит. Трудно поверить, что переменчивые ветры могут перенести доверившиеся им воздушные корабли вокруг света. И все же такое возможно. В середине ХХ века в атмосфере были открыты так называемые струйные течения. Это ветры, дующие на высотах 9–13 километров. Они весьма стабильны и дуют с запада на восток с большими скоростями – от 200 до 450 километров в час. Ширина струйных течений – несколько сотен километров, длина – несколько тысяч километров. Вот он, природный конвейер для переноса воздушных шаров! Когда одна струя заканчивается, пилотам приходится искать другую. На высотах 35–45 километров проходят другие струйные течения.
Бертран Пикар, совершивший кругосветное путешествие на воздушном шаре – внук Огюста Пикара, который сконструировал первый стратостат и поднялся в нем на высоту более 16 км, а также построил первый батискаф, на котором его сын Жак Пикар, отец Бертрана, погрузился на дно глубочайшей Марианской впадины (см. 23 января). Такое вот уникальное семейство рекордсменов!
В 1970 году был зафиксирован рекорд продолжительности полета беспилотного аэростата: находясь в воздухе на высоте около 35 км четыре с лишним года, аэростат облетел Землю более 100 раз!
21 мартаЗапрет Паули
21 марта 1924 года 24-летний физик Вольфганг Паули опубликовал знаменитый квантово-механический «принцип запрета».
В первоначальной формулировке принцип Паули звучал так: на каждой атомной орбите могут находиться не более двух электронов. В то время еще не была создана последовательная квантовая теория, и принцип этот выглядел каким-то искусственным построением, «подгонкой» теории под опытные факты. Основателей квантовой физики тяготила такая ситуация. Неслучайно одновременно с публикацией своей исторической статьи о принципе запрета Паули писал в письме другу: «…Физика слишком трудна для меня, и я жалею, что не сделался комиком в кино или кем-нибудь в этом роде, лишь бы никогда и ничего не слышать больше о физике».
В 1940 году, когда уже была разработана квантовая механика, Паули строго доказал «теорему Паули»: для частиц с полуцелым спином s выполняется принцип запрета – в одном квантовом состоянии может находиться не более (2s+1) одинаковых частиц.
Вольфганг Паули был стопроцентным теоретиком. Его неспособность обращаться с экспериментальным оборудованием вошла у друзей в поговорку. Утверждали даже, что ему достаточно просто войти в лабораторию, чтобы в ней что-нибудь переставало работать. Это мистическое явление окрестили «эффектом Паули». Однажды в лаборатории Джеймса Франка в Геттингене произошел взрыв. Как раз в эту минуту на вокзале, в нескольких километрах от лаборатории, останавливался поезд, в котором ехал Паули. Франк добавлял: «Сам радиус действия этого эффекта заставляет признать Паули величайшим теоретиком всех времен!»
22 мартаОткуда на Земле вода?
22 марта – Всемирный день воды. Воды на Земле много. 70 % земной поверхности занимает Мировой океан. Если его воду распределить равномерно по поверхности Земли, то получится слой толщиной 3 км. Но еще в 10 раз больше воды спрятано в земной коре и мантии, правда, там она находится в связанном состоянии в составе горных пород и минералов.
Сначала Земля была горячей и сухой. Так откуда взялась вода? Есть два варианта: вода пришла на Землю из космоса или же у нее земное происхождение. Одна из космических гипотез предполагает, что 3,8 млрд лет назад миллионы комет и астероидов, богатых водой, атаковали Землю, принеся на нее воду. Другая космическая гипотеза «обвиняет» в появлении воды солнечный ветер: протоны, испускаемые Солнцем, попадают в верхние слои земной атмосферы, захватывают электроны, превращаясь в атомы водорода, и немедленно вступают в реакцию с кислородом, образуя воду. Ежегодно почти полторы тонны такой «солнечной» воды рождается в стратосфере.
Однако сейчас ученые все больше склоняются к мысли, что вода так или иначе была «изготовлена» в земных условиях. Предполагают, что ранняя Земля имела плотную атмосферу, содержавшую водород, который, соединяясь с кислородом окислов мантии, производил воду. Водяной пар выбрасывался из земных недр и при извержениях вулканов. После остывания Земли пар сконденсировался в океаны. Образованию воды помогли и особого вида бактерии, которые под действием солнечного света усваивали сульфид водорода и углекислый газ, выделяя при этом воду.
И все же загадка происхождения воды на Земле полностью не разгадана.
23 мартаЛаплас – человек-легенда
23 марта 1749 года родился Пьер Симон Лаплас, французский математик, физик и астроном (ум. 1827).
Лаплас – это целая эпоха в науке. Триумф классической механики, расцвет небесной механики и рождение космогонии – учения о развитии Вселенной. А начиналась она так: 17-летний провинциал приехал завоевывать Париж, вооруженный рекомендательными письмами. Он направился в Академию, в которой царил в то время Даламбер (см. 18 ноября). Переслав ему свои рекомендации, Лаплас долго и безуспешно ждал встречи. Однажды, ожидая в приемной, он изложил на бумаге свои взгляды на основные принципы механики и вероятное развитие этой науки в ближайшем будущем. Письмо Лапласа произвело на Даламбера огромное впечатление, и на следующий день он ответил Лапласу: «Милостивый Государь! Вы имели случай убедиться, как мало я обращаю внимания на рекомендации, но Вам они были совершенно не нужны. Вы зарекомендовали себя сами, и этого мне совершенно достаточно». Так Лаплас стал профессором, а вскоре и академиком.
Он занимался и физикой, и чистой математикой. Но главным его увлечением была небесная механика – расчет движений небесных тел. Лаплас доказал, что законом тяготения Ньютона можно объяснить все наблюдаемые движения небесных тел. Он разработал гипотезу о возникновении солнечной системы из газопылевой туманности. Гипотеза Лапласа произвела полный переворот в умах, утверждая идею эволюции природы. Эта идея вскоре проникла в другие науки – геологию, биологию…
Даже смерть Лапласа достойна легенды. Говорят, его последние слова были: «Наука неисчерпаема, как и природа…»
24 мартаСергей Вавилов
24 марта 1891 года родился Сергей Иванович Вавилов, создатель Физического института Академии наук (ФИАН) им. Лебедева, президент Академии Наук СССР с 1945 года до своей смерти в 1951 году.
Два брата Вавиловы, Николай (знаменитый генетик, погибший в саратовской тюрьме) и Сергей (физик), стали украшением истории науки ХХ века.
В 1934 году Сергей Вавилов основал Физический институт Академии наук и стал его первым директором. Тогда же в ФИАНе было сделано первое крупное открытие: Черенков, аспирант Вавилова, наблюдал свечение жидкостей при движении в них электронов со сверхсветовой скоростью (эффект Вавилова – Черенкова). Дальновидность Сергея Ивановича сказалась и в том, что он стал развивать в ФИАНе ядерную физику – тогда только очень немногие ученые понимали то значение, которое она вскоре приобретет. А в новорожденном ФИАНе, казалось бы, никаких условий для занятий ядерной физикой не было – ни подготовленных в этой области кадров, ни оборудования. Благодаря дальновидности и огромной организаторской работе Вавилова ФИАН стал крупнейшим научно-исследовательским центром в СССР. Научные интересы самого Сергея Ивановича лежали в области физической оптики. Он был к тому же прекрасным популяризатором науки. Вам наверняка понравятся его книги «Глаз и Солнце», «О теплом и холодном свете» и другие.
После скоропостижной смерти С.И. Вавилова в английском журнале «Природа» писали: «Проделанная им работа на благо Родины превосходит выпадающую на долю одного человека. Наряду с Ломоносовым его будут считать одним из великих создателей науки в СССР».
25 мартаЛучше меньше, да лучше
25 марта 1934 года Энрико Ферми впервые сообщил об искусственных превращениях ядер, вызываемых нейтронами.
В 1934 году супруги Жолио-Кюри получили не существующие в природе изотопы, бомбардируя легкие ядра альфа-частицами (см. 15 января). В том же году Энрико Ферми пошел по новому пути: он начал облучать элементы нейтронами. Это было неожиданно и смело. Многие физики отнеслись скептически к идее Ферми: ведь чтобы получить нейтроны, сначала надо было облучать альфа-частицами бериллий, так что количество производимых нейтронов было гораздо меньше количества альфа-частиц. Зато нейтрону легче проникнуть в ядро, чем альфа-частице – ведь он не имеет заряда и ему не надо преодолевать электрическое отталкивание ядра. «Нейтронные пушки» Ферми представляли из себя маленькие трубочки длиной в несколько сантиметров, заполненными смесью бериллия и радона. Альфа-частицы, испускаемые радоном, попадали в ядра бериллия и выбивали из них нейтроны. «Пушку» направляли на пластинку из изучаемого вещества и оставляли на несколько часов или дней. Такой простой метод оказался очень успешным! Ферми писал, что высокая эффективность нейтронов «вполне компенсирует слабость существующих нейтронных источников по сравнению с источниками альфа-частиц и протонов». Ему удалось этим методом получить 47 новых изотопов при облучении 68 элементов. За этот цикл работ Ферми удостоен Нобелевской премии 1938 года. Воодушевленный успехом, он начал бомбардировать нейтронами тяжелые элементы торий и уран. Что из этого вышло, вы прочтете на странице 8 июня.
26 мартаДубна – город науки
26 марта 1956 года подписано соглашение о создании в Дубне Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ).
В 1947 году в 120 километрах от Москвы на берегу Волги началось строительство крупнейшего по тем временам ускорителя заряженных частиц, а вокруг него начал расти город Дубна. К середине 1950-х всем в мире стало понятно, что ядерная наука не должна замыкаться в засекреченных лабораториях. В 1956 году в Дубну приехали специалисты из 12 стран мира. Дубна стала международным городом науки. Сегодня это всемирно известный центр фундаментальных ядерных исследований. На его счету много первоклассных достижений. Здесь были синтезированы химические элементы с зарядовыми числами от 102 до 105 и от 113 до 118. Знак признания выдающегося вклада ученых ОИЯИ – решение Генеральной ассамблеи Союза чистой и прикладной химии о присвоении 105-му элементу системы Менделеева имени «ДУБНИЙ». Много ли городов на Земле