Айзек Азимов - Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики

Об этой демонстрации ходит известная легенда, возможно недостоверная. Некая женщина, наблюдавшая за демонстрацией, задала вопрос: «Мистер Фарадей, а какая от всего этого польза?» — на что ученый вежливо ответил: «Мэм, а какая польза от новорожденного ребенка?» По другой версии, этот вопрос задал Уильям Эварт Гладстоун (тогда свежеиспеченный член парламента, будущий четырехкратный премьер-министр). Ответ Фарадея по этой версии гласил: «Сэр, через двадцать лет вы будете получать с этого налоги».

Конечно, применение электричеству можно найти и в отсутствие моторов, как это происходит, например, в тостерах и электрических лампах, где требуется только один нагрев и никакого механического движения.

Не стоит воспринимать это как насмешку над Фарадеем, который был поистину одним из величайших ученых всех времен. Его интуиция было просто гениальной. Хотя его система воззрений вырабатывалась и без помощи тщательно разработанного математического анализа, она оказалась прочной. Когда в конце концов ее проверили математически, выяснилось, что Фарадой был полностью прав.

К сожалению, это дифференциальные уравнения, в которых применяется исчисление, а в этой книге мы исчисления не затрагивали. Поэтому мы упомянем об уравнениях Максвелла, но приводить их не будем.

Однако описание того, каким образом световые волны с частотой колебаний в сотни триллионов могут производиться электромагнитно, смогло появиться только через полвека, пока квантовую теорию (о которой во времена Максвелла нельзя было и мечтать) не применили к описанию внутренней структуры атома (о которой во времена Максвелла ничего не знали). То, как это случилось, будет описано о III части этой книги.

Температуру можно представить как среднюю кинетическую энергию всех движущихся частиц вещества (см. ч. I). А энергия, как и вещество, тоже состоит из микрочастиц (см. ч. II).

Ссылки на части I и II настоящей книги обозначаются: см. ч. I, см. ч. II, а ссылки внутри этой части указывают на главу: см. гл….).

Название пока не зарегистрировано.

Как только ученые смогли более глубоко изучить структуру веществ, оказалось, что все эти утверждения не верны. Однако к тем веществам, с которыми в основном работали ученые в XIX веке, эти утверждения вполне применимы. Утверждения Дальтона — это «первое приближение», именно благодаря им исследователи пошли по верному пути и, собрав достаточно информации, сделали правильные выводы. В научном мире далеко не всегда важно быть абсолютно правым, да и не всегда понятно, кто прав, а кто нет. Важно быть правым для своего времени, и Дальтон для своего времени был прав.

Не следует забывать, что вес — это не то же самое, что масса (см. ч. I), и в данном случае корректнее было бы говорить об «атомной массе», а не об «атомном весе». Однако, как это часто случается, неверное обозначение прочно вошло в научную литературу и стало настолько известным, что стало невозможно его изменить. Как ми прискорбно, но с этим придется смириться.

В большинстве случаев удобно округлять значение атомного веса до целого или до десятков. Когда нужны более точные измерения, используются более точные цифры.

Эти частицы называются электронами. Электроны еще меньше, чем атомы. Я подробно расскажу об электронах чуть позже.

Электричество более подробно описано во II части.

Как выяснилось позже, Аррениус ошибался, полагая, что ионы образуются под влиянием электричества. Например, атомы хлорида натрия постоянно существуют в форме ионов. Тем не менее Аррениус, как и Дальтон, был прав для своего времени.

Франции, щелочной металл с еще большим, чем у цезия, атомным весом, в природе практически не встречается.

Альфа-частицы — это тяжелые, передвигающиеся с огромной скоростью частицы радиоактивных веществ, чья проникающая способность гораздо выше, чем у электронов.

Эта картина атома стала весьма популярной в обществе, может быть, потому, что делала атом похожим на что-то уже известное. Несмотря на то что на смену планетарной модели атома приходили все более и более сложные, она прочно обосновалась в умах далеких от физики людей. В частности, было написано огромное количество научно-фантастических рассказов, где атомы воспринимались как крошечные солнечные системы: ядро являлось солнцем, электроны — планетами, иногда даже населенными человекоподобными существами.

По аналогии вращающаяся вокруг Солнца Земля также должна постоянно испускать «гравитационное излучение». Однако сила притяжения настолько слабее электромагнитной (см. ч. II), что потери энергии в результате гравитационного излучения крайне малы. Пройдут многие триллионы лет, прежде чем Земля потеряет хоть сколь-нибудь заметную часть своей кинетической энергии. Электрон же находится под влиянием силы, во много раз превосходящей гравитацию, и поэтому ядро притянет его крайне быстро.

Вообще-то это число принято обозначать строчной латинской « l », но начертание строчной буквы схоже с начертанием цифры «1», поэтому во избежание путаницы, я и использую прописную «L».

Впрочем, в 1964 году английский физик Поль Адриен Морис Дирак (1902–1984) опроверг это утверждение, доказав, что эти две теории вовсе не равносильны и матричная механика более точно отражает действительность.

Под действием ультрафиолетового излучения флуоресцирующие вещества начинают ярко светиться. В темноте зрелище очень красивое.

В последние годы этим положительно заряженным частицам было найдено поистине поразительное применение. Наиболее легко отдает хотя бы часть своих электронов атом цезия, более того, атом цезия относительно тяжелый. Поток ионов цезия, разогнанный током определенной силы и вырывающийся из двигателя ракеты, будет согласно третьему закону Ньютона (см. ч. I) толкать ракету в противоположном направлении. Конечно же мощность потока даже очень тяжелых ионов — ничто по сравнению с мощностью форсажных двигателей, но зато действие этого потока продолжительное. После того как топливные двигатели выведут ракету за пределы атмосферы в открытый космос, ионный двигатель будет медленно разгонять се до скорости света. Это — самый экономичный и, скорее всего, единственный способ путешествовать в космосе на длительные расстояния.