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

Знаменитый протестантский гимн. – Прим. пер.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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 10 40– 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 10 40. 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 10 40в степени 10 40. 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.