25 ноябряНезамеченное открытие
25 ноября 1814 года родился Роберт Майер, немецкий физик и врач, открывший закон сохранения и превращения энергии (ум. 1878).
Майер сделал в своей жизни одно открытие, но оно обессмертило его имя. Служа корабельным врачом, он задумался над словами штурмана о том, что во время штормов вода в море нагревается, и пришел к выводу, что существует связь между работой и теплотой. Пуская кровь заболевшим матросам, он обратил внимание на то, что в тропиках она не была такого темного цвета, какой бывает венозная кровь в умеренных широтах. Это привело его к мысли, что в жару организму для поддержания температуры нужно «сжигать» меньше вещества. Свою первую статью о сохранении и превращении различных форм энергии он отослал в редакцию журнала «Анналы физики и химии» в 1841 году, но она была отвергнута. В мае 1842-го он отправил вторую статью в химико-фармацевтический журнал, куда физики редко заглядывали. Статья содержала не только четкую формулировку закона сохранения и превращения энергии, но и глубокий анализ имеющихся экспериментальных фактов. Майер указал на необходимость опытного определения механического эквивалента теплоты и предложил идею такого эксперимента. И этот шедевр остался без внимания! В 1847 году Джоуль, не зная о работе Майера, осуществил подобный эксперимент. Научный мир узнал о новом законе из публикаций Джоуля и Гельмгольца. Майер пытался защищать свой приоритет, но наталкивался на непонимание и впал в депрессию. Справедливость восстановили в 1860-х. Ученые стали ссылаться на работы Майера, полагая, что их автор уже умер.
26 ноябряКак считают информацию
26 ноября – Всемирный день информации.
Для человека информацией является все, что он видит, слышит, ощущает. В компьютер информация вводится в виде символов: букв, цифр, знаков. Каждый символ кодируется с помощью нулей и единичек, эти «нули и единички» называются битом. Бит может принимать одно из двух значений: 0 или 1. Само слово «бит» (bit) произошло от английского словосочетания BInary digiT – двоичная цифра. Оперативная память компьютера состоит из множества конденсаторов, каждый из которых может быть заряжен («единица») или нет («ноль»). Биты группируют в блоки (байты) по 8 штук. Один вводимый в компьютер символ обычно занимает 1 байт. Итак, 8 бит образуют байт, 210 (1024) байт – килобайт, а 220 байт – мегабайт (это объем большой книги). Для хранения фильма с неплохим качеством потребуется примерно гигабайт (ГБ) – 1024 мегабайта. Информация записывается на материальных носителях, которые могут сменять друг друга. При копировании информации образец практически не разрушается. Простота производства, передачи и копирования информации уже привела к информационному взрыву и информационному загрязнению окружающей среды – бумажному, звуковому, электромагнитному, световому и т. д.
Количество хранимой информации каждые 5 лет увеличивается в 10 раз. Полное число бит информации уже больше, чем звезд во Вселенной. 80 % информации представлены в цифровой форме, остальные 20 % хранятся на бумаге, магнитных лентах, фото и кинопленках. Если темпы прироста информации сохранятся, то к 2023 году количество хранимых бит превысит число Авогадро.
27 ноябряИстория термометра
27 ноября 1701 года родился Андрес Цельсий (ум. 1744), шведский ученый, предложивший температурную «шкалу Цельсия».
Генеральная идея – судить об изменениях температуры по изменениям тепловых свойств тел – принадлежит Галилею. Можно, например, использовать тепловое расширение жидкостей. Для построения температурной шкалы выбирают две «опорные точки» и делят интервал между ними на части – градусы. Голландский стеклодув Фаренгейт, изготовивший в 1724 году первый спиртовой термометр, разделил на 100 градусов интервал от температуры самой холодной зимы в своем городе до температуры человеческого тела. Весьма неудобная шкала, но она до сих пор применяется в Англии и особенно в США. Между тем еще в 1665 году голландский физик Христиан Гюйгенс предложил использовать очень удобные опорные точки: температуру таяния льда и кипения воды. Эту идею реализовал в своем спиртовом термометре француз Рене Реомюр в 1730 году. Правда, разделил он этот интервал не на 100, а на 80 градусов. Во Франции и в России (до революции) использовали именно термометры Реомюра. Сейчас их нигде не употребляют. Наконец в 1742 году профессор астрономии Андрес Цельсий в своем ртутном термометре разделил этот же интервал на 100 частей. Один нюанс: его шкала была «перевернутой»! Температуру кипящей воды он принял за 0 градусов, а тающего льда – за 100. В таком виде шкала оказалась очень неудобной. Ее «вернул на место» уже после смерти Цельсия другой шведский ученый, и долгое время такой градусник называли «шведским», пока не укоренилась традиция называть термометр цельсиевым.
28 ноябряОткрытие пульсаров
Это сюжет, достойный кинофильма. В 1967 году 24-летняя аспирантка Джоселин Белл на кембриджском радиотелескопе занималась радиообзором неба. Самописец, регистрирующий радиоизлучение, не выключался ни днем, ни ночью. Просматривая записи, 28 ноября она обнаружила непонятный пульсирующий источник. Строгая периодичность сигнала (с периодом чуть более 1 секунды) и малые размеры источника наводили на мысль об искусственной природе излучения. Новый источник обозначили как LGM-1 (Little Green Men – маленькие зеленые человечки), засекретили исследования и не стали публиковать сенсационные результаты до выяснения природы таинственных сигналов. В течение месяца английские радиоастрономы обнаружили еще несколько таких источников. Не слишком ли много «зеленых человечков»? Исследователи убедились в естественном происхождении сигналов и только после этого сообщили в печати об удивительном открытии. Из-за пульсирующего радиоизлучения такие объекты назвали пульсарами. Сейчас их известно уже более 2000. Теперь мы знаем, что пульсар – это нейтронная звезда (см. 19 октября), генерирующая узконаправленный пучок радиоизлучения. Из-за быстрого вращения звезды этот пучок попадает в поле зрения наблюдателя через равные промежутки времени – так образуются импульсы пульсара.
Если бы Солнце стало нейтронной звездой, оно имело бы радиус 10 км и вращалось с периодом около 0,001 с.
Нобелевскую премию за открытие пульсаров получил в 1974 году Энтони Хьюиш, научный руководитель Джоселин Белл. Заслуги главной «виновницы» открытия премией не отмечены.
29 ноябряЭффект Доплера
29 ноября 1803 года родился австрийский физик Кристиан Доплер (ум. 1853).
Вам наверняка доводилось стоять у дороги, по которой проносится машина с включенной сиреной. Пока машина приближается, тон сирены выше; затем, когда машина начинает удаляться, он понижается. Вы при этом наблюдаете фундаментальное (и полезнейшее) свойство любых волн – эффект Доплера. Кристиан Доплер предсказал его теоретически в 1842 году. Суть эффекта: если источник волн движется вам навстречу (или вы к нему), то «гребень» каждой следующей волны доходит до вас чуть быстрее (чем при неподвижном источнике), так как был испущен ближе к вам – то есть воспринимаемая частота волны возрастает. При удалении источника, наоборот, частота уменьшается. Интересно, как именно эффект был впервые проверен экспериментально. Духовой оркестр был посажен в открытый железнодорожный вагон, а на платформе собрали группу музыкантов с абсолютным слухом (т. е. способностью, выслушав ноту, точно назвать ее). Всякий раз, когда состав с музыкальным вагоном проезжал мимо платформы, духовой оркестр тянул какую-либо ноту, а музыканты фиксировали изменения высоты тона (частоты), подтвердившие предсказание Доплера. Во всем мире этот эффект используется в полицейских радарах для измерения скорости машин. Очень важное применение эффект Доплера нашел в астрофизике. С его помощью было сделано величайшее открытие ХХ века – расширение Вселенной (см. 17 января).
Дорожная полиция перешла на новые методы работы. Чтобы радар показывал больше, они бегут навстречу автомобилю как можно быстрее.
30 ноябряЛуноход-1 пропал?
Это обнаружилось в ноябре 1971 года в ходе эксперимента НАСА по лазерному зондированию Луны. Цель экспериментов – определить расстояние до Луны, которая постепенно удаляется – примерно на 38 миллиметров в год. Для измерения расстояния с Земли на Луну направляют мощный лазерный луч, ловят отраженный, засекают время путешествия луча и вычисляют расстояние. Таким способом удается определять расстояние с точностью до нескольких миллиметров! Луч направляют на уголковый отражатель – открытую коробочку с тремя зеркалами, закрепленными перпендикулярно друг другу. Любой луч, попавший на зеркала, отражается точно в том направлении, по которому пришел. Уголковым отражателем были оснащены оба советских лунохода. Так вот, все попытки получить отраженный от Лунохода-1 сигнал, проводившиеся с ноября 1971 года, оставались безуспешными. Метеорит, что ли, в него попал? Лишь в апреле 2010-го «пропажу» обнаружил Лунный орбитальный зонд НАСА (Lunar Reconnaissance Orbiter), который фотографировал участки лунной поверхности. На его фотографиях различимы объекты размером до полуметра! Отчетливо видны все лунные модули спуска Аполлонов – теперь никто не может сомневаться, что американцы были на Луне! Удалось сфотографировать и пропавший Луноход. Уточнив его координаты, ученые отправили на Луноход лазерные импульсы с телескопа обсерватории в Нью-Мексико и наконец-то получили четко различимый отраженный сигнал.
Из школьных перлов: «Мы живем на одной стороне Земли и видим одну сторону Луны, а американцы живут на другой стороне Земли и видят другую сторону Луны».