Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева - Сэм Кин

154

Ошибка Бозе была статистической. Если вы хотите рассчитать вероятность выпадения орла или решки при двух бросках монеты, то можете угадать правильный ответ (в половине случаев), рассмотрев четыре варианта: ОО, ОР, РО и РР. Бозе учел варианты ОР и РО как всего один, а не два, поэтому получил в ответе треть случаев.

155

Университет Колорадо поддерживает отличный сайт, на котором доступно объясняется агрегатное состояние БЭК. Там вы найдете некоторое количество компьютерных анимаций и интерактивных инструментов: http://www.colorado.edu/physics/2000/bec/. Корнелл и Виман разделили эту Нобелевскую премию с Вольфгангом Кеттерле – немецким физиком, который также получил конденсат Эйнштейна – Бозе вскоре после них и помог объяснить необычные свойства этого агрегатного состояния.

К сожалению, всего через три года после получения премии Корнелл тяжело заболел. В самом конце октября 2004 года он попал в больницу с «гриппом» и болью в плече, а вскоре впал в кому. Обычная стрептококковая инфекция превратилась в некротический фасцит – тяжелое заболевание мягких тканей, которое иногда называют «плотоядной инфекцией». Чтобы сдержать распространение болезни, хирурги ампутировали ему левую руку до плеча, но это не помогло. Корнелл балансировал на грани жизни и смерти около трех недель, пока врачам не удалось стабилизировать его состояние. Позднее он выздоровел.

156

Знаменитый протестантский гимн. – Прим. пер.

157

Паттерман написал об увлечении сонолюминесценцией и о своих профессиональных опытах в этой области три статьи, которые вышли в февральском номере журнала Scientific American за 1995 год, майском номере журнала Physics World за 1998 год и августовском номере Physics World за 1999 год.

158

Этот звук различают охотничьи собаки, но не слышат люди. – Прим. пер.

159

Один из теоретических прорывов в области исследования пузырьков интересным образом отразился на проведении летней Олимпиады в Пекине. В 1993 году два физика из дублинского Университета Тринити, Роберт Фелан и Деннис Уэйр, нашли новое решение «задачи Кельвина». Проблема сводится к тому, как получить пузырьковую пенообразную структуру с минимально возможной площадью поверхности. Кельвин предлагал создать пену из четырнадцатигранных пузырьков. Но ирландский тандем нашел более удачное решение, скомбинировав двенадцатигранники с четырнадцатигранниками. В результате площадь поверхности пены удалось сократить на 0,3 %. Архитектурная компания, занимавшаяся оформлением пекинской Олимиады-2008, обратилась к работе Фелана и Уэйра, создав в Пекине «Водяной куб» – национальный плавательный комплекс, где блистал Майкл Фелпс.

Чтобы меня не обвинили в пристрастии к пузырькам, вкратце упомяну еще об одной области исследований, которая развивается в наши дни, – это наука об «антипузырьках». В отличие от пузырьков – тонких жидкостных сфер, в которых заключен воздух, – антипузырьки представляют собой воздушные сферы, где находятся мельчайшие капли жидкости. Естественно, антипузырьки не всплывают, а тонут.

160

Если требуется выполнить новую калибровку национального эталона килограмма, представители государства должны по факсу отправить официальное заявление, в котором будет следующая информация: 1) подробное описание того, как килограмм будет транспортироваться через службы безопасности аэропорта и французскую таможню, и 2) уточнение того, когда МБВМ должно вымыть эталон – до или после выполнения измерений. Эталон килограмма моют в ацетоне (основа жидкости для снятия лака с ногтей), а потом насухо вытирают безворсовой марлей. После мытья и после каждого употребления сотрудники МБВМ на несколько дней оставляют килограмм в покое, чтобы он стабилизировался, лишь потом к нему вновь можно прикасаться. С учетом всех циклов очистки и измерения процедура калибровки вполне может растянуться на месяцы.

Интересно, что США обладает двумя копиями эталона килограмма – К4 и К20. Копия К20 считается официальной по той простой причине, что она находится во владении США дольше, чем К4. Кроме того, в США есть еще три совершенно неофициальных эталона килограмма, два из которых были приобретены Национальным институтом стандартов и технологий в течение последнего времени. Они выполнены из нержавеющей стали, поэтому гораздо крупнее, чем платиново-иридиевые эталоны. Имея эти стальные цилиндры, а также учитывая все проблемы, связанные с доставкой эталонов в Париж по воздуху, Зейна Джаббур не спешит везти К20 в Париж. Калибровка по стальному эталону на практике тоже вполне приемлема.

В течение прошлого века МБВМ трижды приказывало свезти в Париж все национальные эталоны килограммов для контрольной калибровки, но в ближайшем будущем этого делать не планируется.

161

Если быть точным, в основе работы цезиевых часов лежит явление сверхтонкого расщепления электронов. Тонкое расщепление электронов можно сравнить с полутоновым интервалом в музыке, а сверхтонкое – с разницей в четверть или даже в восьмую часть тона.

В наши дни цезиевые часы остаются мировым стандартом отсчета времени, но на практике их все чаще заменяют рубидиевыми часами, поскольку они компактнее цезиевых и их удобнее перевозить. Рубидиевые часы часто доставляют в разные уголки планеты для сравнения и координации стандартов времени в разных регионах мира, точно как международный эталон килограмма.

162

В библейском мифе о пире Валтасара эти таинственные слова огненными буквами выступили на стене царских покоев. Пророк Даниил объяснил их как знак скорой гибели царя Валтасара и заката его царства. В переносном смысле фраза «мене, текел, упарсин» употребляется как синоним грозного предзнаменования. – Прим. пер.

163

Примерно в то же время, когда Эддингтон исследовал константу альфа, великий физик Поль Дирак взялся за популяризацию идеи об изменчивых константах. На атомном уровне электрическое притяжение между протонами и электронами превращает гравитационное притяжение между ними в микроскопическую величину. Эта разница составляет около 1040 – непостижимые 10 000 триллионов триллионов триллионов раз. Кроме того, Дирак интересовался тем, как быстрые электроны проносятся через атомы, и сравнивал эти доли наносекунды со временем, которое требуется лучам света для пересечения всей Вселенной. О чудо! – эта разница также оказалась равной 1040. Неудивительно, что чем более пристально Дирак изучал эту проблему, тем более явными становились подобные соотношения: размер Вселенной по сравнению с размером электрона, масса Вселенной по сравнению с массой протона и т. д. Кроме того, Эддингтон также высчитал, что общее количество протонов и электронов во Вселенной составляет 1040 в степени 1040. Дирак и другие физики пришли к выводу, что существует какой-то неизвестный физический закон, благодаря которому все эти соотношения оказываются одинаковыми. Единственная проблема заключалась в том, что в основе некоторых соотношений лежали изменяющиеся величины – например, размер расширяющейся Вселенной. Чтобы сохранить равенство этих соотношений, Дирак предложил радикальную идею: возможно, гравитационная сила со временем ослабла. Единственный вариант непротиворечивого объяснения этого феномена заключался в том, что гравитационная постоянная g уменьшилась.

Идеи Дирака достаточно быстро были признаны несостоятельными. Среди важнейших его просчетов, на которые указывали другие ученые, был и следующий: яркость звезд тесно связана с величиной g, и если допустить, что в прошлом g была значительно выше, то на Земле бы не было океанов – они бы просто выкипели под действием аномально яркого Солнца. Но поиски Дирака вдохновили других исследователей. На пике этих исследований в 1950-е годы один ученый даже предположил, что все фундаментальные константы постепенно уменьшаются. Это, в свою очередь, означало бы, что не Вселенная увеличивается, как принято считать, а напротив, Земля и сами люди уменьшаются! Вся история с изменчивыми константами напоминала историю алхимии: даже если допустить, что в рамках алхимии ставились настоящие научные эксперименты, их очень сложно отделить от мистицизма. Ученые порой вспоминают об изменчивых константах, когда требуется объяснить те или иные космологические тайны, возникающие с наступлением новых эпох в развитии науки. Например, одной из таких тайн является гипотеза ускоряющейся Вселенной.

164

Эти исследования подробно описаны в статье Джона Уэбба – одного из австралийских астрономов, работающих в этой области. Статья вышла в апрельском выпуске журнала Physics World за 2003 год и называется Are the Laws of Nature Changing with Time? («Изменяются ли законы природы с течением времени?»). Кроме того, в 2008 году мне довелось взять интервью у Майка Мёрфи – коллеги Уэбба.