Научные открытия для тех, кто любит краткость

6 марта
Что под хвостом у кометы?

6 марта 1986 года советская автоматическая межпланетная станция «Вега-1» выполнила программу исследований кометы Галлея.

Люди впервые увидели ядро кометы вблизи. С Земли невозможно разглядеть, что скрывается за газово-пылевыми ореолами, окружающими ядра комет. В декабре 1984 года стартовали два идентичных аппарата «Вега». Сначала они направились к Венере, а потом полетели на свидание с кометой Галлея (название аппаратов происходит от слов «ВЕнера» и «ГАллея»). По форме ядро этой кометы оказалось похожим на стоптанный башмак размером 16×8 км. Примерно на 50 % оно состоит изо льда (водяного и замерзшей углекислоты), а остальное составляет пыль. Поверхность ядра покрыта очень рыхлой и непрочной коркой малой плотности. Высадить астронавтов на ядро, как показывают в фантастических фильмах, будет очень непросто (см. также 12 ноября). По мере приближения к Солнцу ядро все сильнее «парит». Постепенно тихие струи газов превращаются в мощные гейзеры из газа и пыли длиной тысячи км. Под поверхностью начинаются взрывы, с ядра отрываются и улетают огромные куски. Но вот, побушевав, комета уходит от Солнца, успокаивается и замерзает – до следующего возвращения. У кометы Галлея наблюдалось уже 30 возвращений через каждые 75–76 лет. Первый раз ее заметили в 240 году до нашей эры. В следующий раз она появится в 2061 году.

Обе «Веги» полностью выполнили свои миссии, а также послужили «лоцманами», помогая европейскому аппарату «Джотто» максимально сблизиться с ее ядром. Кроме того, вблизи кометы пролетели два японских аппарата.

7 марта
Человек, открывший атомное ядро

7 марта 1911 года в докладе Эрнста Резерфорда в философском обществе Манчестера впервые излагается планетарная модель атома.

Резерфорд – тот человек, который первый в мире сказал: «Теперь я знаю, как выглядит атом». Он произнес эти слова в 1911 году, а эксперименты по бомбардировке атомов альфа-частицами были начаты за три года до этого. Пронзая тонкую золотую фольгу, альфа-частицы рассеивались на незначительные углы. Интуиция всегда помогала Резерфорду ставить такие вопросы, которые обеспечивали получение самых нужных ответов – так говорил Нильс Бор. И вот однажды Резерфорд поставил своему молодому ассистенту, Эрику Марсдену, судьбоносный вопрос: не отражаются ли иные из частиц назад? Вскоре Марсден смог дать ответ: да, это случается. В среднем одна из 8000 частиц отскакивала назад, словно сталкивалась с массивной преградой. Много позже Резерфорд вспоминал: «Я должен признаться по секрету, что не верил, будто это возможно <…> Это было, пожалуй, самым невероятным событием, какое я когда-либо переживал в моей жизни. Это было почти столь же неправдоподобно, как если бы вы произвели выстрел по обрывку папиросной бумаги 15-дюймовым снарядом, а он вернулся бы назад и угодил в вас».

Через два года размышлений и расчетов Резерфорд поведал миру, как выглядит атом. Он похож на Солнечную систему: сверхплотное ядро и вращающиеся вокруг него легкие электроны (см. также 5 апреля).

Когда в лабораторию к Резерфорду приходил новый сотрудник, сэр Эрнст давал ему задание. Если после этого новый сотрудник спрашивал, что делать дальше, его увольняли.

8 марта
Трудный путь женщин в науке

8 марта 2002 года первая международная конференция «Женщины в физике» прошла под эгидой ЮНЕСКО в Париже. Около 300 физиков (в основном, женщин) из 66 стран обсуждали проблемы, мешающие женщинам заниматься наукой.

Двери европейских университетов начали открываться для женщин после 1860–1870-х годов. В научные академии женщин не допускали еще дольше. Мы можем гордиться, что Петербургская Академия наук первая приняла в свои ряды женщину: в 1889 году Софья Ковалевская стала ее членом-корреспондентом (хотя на работу в Петербургский университет ее все же не взяли). А Французская академия в 1911 году отвергла на выборах Марию Кюри, уже дважды (!) Нобелевского лауреата. Сейчас доля женщин среди членов научных академий в Европе составляет около 10 %. В 1960-е годы начался бурный рост числа женщин-ученых. В наше время доля женщин среди научных работников в России около 42 % (в Германии – 23 %, в Японии – 13 %). И все же на вершину научной карьерной пирамиды добираются немногие. Так, доля женщин среди докторов наук и профессоров гораздо меньше: в России всего 6 %. Больше всего женщин-профессоров в Турции – 21,5 %. Самую престижную научную награду – Нобелевскую премию – получили всего три женщины-физика: Мария Склодовская Кюри, ее дочь Ирен Жолио-Кюри и Мария Гепперт-Майер.

Женщинам нелегко совмещать научную карьеру и семейную жизнь. Одиноких женщин-профессоров в три раза больше, чем их коллег-мужчин.

Студентка увлеченно беседует с подругой о квантовой теории поля. Увидев приближающегося сокурсника, говорит:

– Стоп! Начинаем болтать о тряпках.

9 марта
Ищите на Солнце пятна

9 марта 1611 года, наблюдая восход Солнца в телескоп, голландский астроном Фабрициус обнаружил пятна на Солнце.

О пятнах на Солнце заговорили после Фабрициуса. Годом раньше пятна на Солнце разглядел Галилей. Но и он был не первым. Упоминания о пятнах на Солнце зафиксированы и в древних китайских летописях, и в русских летописях XIV века (их можно увидеть невооруженным глазом сквозь дым лесных пожаров).

Пятна – это участки поверхности Солнца с более низкой, чем вокруг, температурой, поэтому они и кажутся темными. Пятна рождаются, развиваются и умирают. Бывают мелкие пятна, а бывают настоящие монстры с размерами в сотни тысяч километров! В наиболее крупных группах пятен иногда происходят взрывы, сопровождающиеся грандиозными выбросами заряженных частиц и усилением рентгеновского излучения. Через два-три дня, дойдя до Земли, эти частицы вызывают полярные сияния и магнитные бури. Пятна на Солнце – это признак его активности. В спокойные годы пятен может не быть совсем, в годы максимума активности их число измеряется десятками. Максимумы и минимумы чередуются в среднем каждые 11 лет. Наиболее крупные пятна видны без инструментов. Если хотите убедиться в этом, возьмите кусочек засвеченной и проявленной фотопленки, сложенный несколько раз, и посмотрите сквозь этот фильтр на Солнце. Но не вздумайте приспосабливать фильтр к окуляру бинокля или телескопа – фильтр мгновенно расплавится, а вы получите ожог сетчатки!

– Сколько раз можно посмотреть в телескоп на Солнце?

– Дважды. Левым глазом и правым глазом.

10 марта
Четырехкратное открытие

10 марта 1888 года русский физик Александр Григорьевич Столетов (1839–1896) открыл фотоэффект.

В истории науки не раз случалось, что почти одновременно разные люди открывали одно и то же явление. Фотоэффект открывали целых четыре раза – это, пожалуй, рекорд! В 1887 году с фотоэффектом в своих опытах столкнулся Генрих Герц, но, увлеченный проблемой излучения и приема электромагнитных волн, не стал заострять внимания на непонятном явлении. В 1888 году другой немец, Вильгельм Гальвакс, установил, что при облучении ультрафиолетовым светом металл заряжается положительно. Третьим то же явление обнаружил итальянец Аугусто Риги. Он даже сделал фотоэлемент – прибор, преобразующий световую энергию в электрический ток. Но все же мы считаем открывателем фотоэффекта Столетова. В том же 1888-м году он не только обнаружил фотоэффект, но и всесторонне исследовал закономерности этого явления, используя фотоэлемент собственной конструкции (который, кстати, без особых изменений «дожил» до наших дней).

Когда 10 лет спустя, уже после смерти Столетова, Дж. Дж. Томсон открыл электрон, стало ясно, что под действием света металл испускает именно электроны – это и есть фотоэффект. Однако объяснить все закономерности этого явления все же не удалось. Главной загадкой была так называемая «красная граница фотоэффекта»: свет с длиной волны, меньшей, чем эта граница, не вызывает фотоэффекта, даже если интенсивность света очень велика. Только в 1905 году Эйнштейн разгадал эту загадку, что стало первым триумфом квантовой гипотезы о свете (см. 17 марта).

11 марта
Русский физик Борис Якоби

11 марта 1874 года умер физик и электротехник Борис Семенович Якоби (р. 1801), изобретатель гальванопластики.

Немец Мориц Герман Якоби, хотя он родился, учился и начинал работать в Германии, считал Россию своим отечеством. Он даже стал зваться русским именем Борис Семенович. Германию он покинул без сожаления: там не поддержали его идею построить невиданный электрический двигатель с вращающимся валом. А российское правительство откликнулось на его доклад в Петербургскую Академию и выделило громадную по тем временам сумму на продолжение работ. В 1837 году Якоби принял российское подданство. А через два года лодка с его электродвигателем поднимала вверх по Неве 14 человек.

Якоби – один из «отцов» электротехники. Он построил целый ряд электротехнических приборов: вольтметр, гальванометр, регулятор сопротивления… Но более всего он прославился изобретением гальванопластики – способа осаждения из раствора электролита толстого слоя металла на поверхности какого-либо предмета, форму которого нужно скопировать. Гальванопластику используют в тех случаях, когда у металлической детали очень сложная форма и обычными способами ее трудно изготовить. Это открытие получило признание во всем мире. В Петербурге было создано предприятие, которое делало с помощью гальванопластики барельефы и статуи для украшения Исаакиевского собора, Эрмитажа, Зимнего дворца, золотило листы кровли для куполов и многое другое.

Якоби был знаменит и бескорыстен. Он не нажил денег на своих изобретениях и, умирая, просил российское правительство не оставить в нужде его семью.

12 марта
Непобедимая «армада» подвела

12 марта 1974 года советская автоматическая станция «Марс-6» совершила посадку на поверхность Марса.

После нереализованной в 1971 году программы исследования Марса Советский Союз в 1973 году предпринял вторую грандиозную атаку на Марс, запустив последовательно к Красной планете четыре аппарата: «Марс-4», «Марс-5», «Марс-6», «Марс-7». Эту группу стали называть «армада четырех». Два первых аппарата должны были стать спутниками Красной планеты и помочь другим подлететь к Марсу и сбросить на его поверхность посадочные модули.

Однако дерзкую экспедицию буквально преследовали неудачи. «Марс-4» не смог затормозить и пролетел мимо цели. Следующий за ним «Марс-5» благополучно перешел на орбиту вокруг Марса, но вскоре связь с ним прервалась. С «Марсом-7» связь была утеряна еще раньше. И только «Марс-6» смог частично выполнить свою миссию – передать на Землю данные об атмосфере планеты во время снижения. Связь со спускаемым модулем, который должен был также передавать данные с поверхности, прервалась за 0,3 секунды до посадки. Так закончилась почти полным провалом и эта попытка. И с этого момента дальнейшее успешное изучение Марса, как ни печально, происходило уже в основном под американским флагом (см. 6 июля).

Из всех миссий, запущенных к красной планете разными странами, больше половины оказались неудачными, причем провалы случались на самых разных этапах. Пока что процент неудач для Марса самый большой среди полетов к планетам Солнечной системы. В июле 2020 к Марсу отправились три новые миссии разных стран.

13 марта
Стать астрономом никогда не поздно!

13 марта 1781 года Уильям Гершель открыл седьмую планету Солнечной системы – Уран. Это была первая новая планета, открытая со времен древнего Вавилона.

Уильям Гершель (немец по рождению, но проживший всю сознательную жизнь в Англии) был успешным музыкантом и композитором. Но после того как 35-летний музыкант купил небольшой телескоп, его жизнь совершенно переменилась: он превратился в фанатичного астронома. Готовые телескопы не удовлетворяли Гершеля, и он начал сам шлифовать зеркала и делать лучшие в мире телескопы. Многочасовая шлифовка не допускала перерывов. Его сестра вспоминала: «Когда брат шлифовал зеркало, мне даже приходилось самой класть ему пищу в рот, <…> однажды, шлифуя семифутовое зеркало, он не отрывал от него рук в течение 16 часов!» Вершиной его мастерства стал телескоп, дающий увеличение 2500 – этот рекорд оставался непревзойденным до середины 19 века.

В безоблачные дни Гершель начал систематические обзоры всего неба – ночь за ночью, год за годом. И через 6 лет этой каторжной работы он увидел диск неизвестной планеты! Он продолжал свои наблюдения более 30 лет и сделал открытий больше, чем, пожалуй, любой из известных нам астрономов. Именно Гершель впервые установил общую форму и размеры нашей Галактики (Млечного Пути), обнаружил движение Солнца в мировом пространстве. Он открыл тысячи туманностей, которые представлялись ему такими же «млечными путями», как наш (на современном языке – галактиками). И еще многое открылось ему…

14 марта
Реформатор естествознания

14 марта 1879 года родился Альберт Эйнштейн (ум. 1955).

«Не падай духом, Альберт! Подумаешь, не из каждого же получается профессор», – говорил юному Эйнштейну дядя, образованный инженер. Из Мюнхенской гимназии Эйнштейна исключили без аттестата о среднем образовании. Чем же он провинился? Как сказал ему классный руководитель: «Одного вашего присутствия достаточно, чтобы подорвать уважение к учителям». Много позже Эйнштейн говорил: «Мне в детстве не давал покоя вопрос, почему Луна не падает на Землю, но взрослые, которым я надоедал с этим вопросом, не придавали ему никакого значения. Наша школа не развивает этой способности удивляться. Наоборот, она заглушает ее своими приемами механического заучивания». «Детская» способность удивляться, которую Эйнштейн сохранил, невзирая на школьную муштру, сделала его величайшим физиком всех времен. Все его революционные теории начинались с размышлений над очевидными вещами, никому, кроме него, не казавшимися удивительными. На вопрос о том, как появляются гениальные открытия, Эйнштейн ответил: «Все очень просто. Все ученые считают, что этого не может быть. Но находится один дурак, который с этим не согласен, и доказывает, почему» (см. 17 марта, 11 мая, 26 сентября).

Как-то Эйнштейн участвовал в благотворительном концерте, играя в ансамбле. Один из журналистов, удивленный бурной реакцией публики, спросил у соседа, кто это играет. «Великий Эйнштейн!» – ответили ему. На следующий день в газете появилась фотография Эйнштейна с подписью «Великий скрипач Эйнштейн».

15 марта
Герой нашего времени

15 марта 1930 года родился Жорес Иванович Алферов, Нобелевский лауреат 2000 года «за развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной и оптоэлектроники» (совместно с Дж. Килби). (Ум. 1 марта 2019)

Современные информационные системы должны быть быстрыми и компактными. Своими открытиями Жорес Алферов создал основу такой современной техники. При его участии разрабатывались первые отечественные транзисторы, улучшались характеристики полупроводниковых приборов и строились принципиально новые. Благодаря его открытиям были созданы гетеролазеры, которые применяются в проигрывателях CD-дисков и во многих других приборах, мощные светодиоды, солнечные батареи, незаменимые в космической и наземной энергетике. А в начале 90-х годов Алферов начал работы по получению и исследованию свойств наноструктур и заложил основы принципиально новой электроники, известной сегодня как «зонная инженерия».

Перечисление научных наград, премий и почетных званий академика Алферова заняло бы целую станицу. Из средств полученной Нобелевской премии Жорес Алферов внес первый вклад в Фонд поддержки образования и науки, который он сам же и учредил, чтобы помогать талантливой учащейся молодежи.

В своей книге «Физика и жизнь» Жорес Иванович написал: «Десятилетним мальчиком я прочитал замечательную книгу Вениамина Каверина «Два капитана». И всю последующую жизнь я следовал принципу ее главного героя Сани Григорьева: “Бороться и искать, найти и не сдаваться”. Правда, очень важно при этом понимать, за что ты борешься».

16 марта
Попов или Маркони?

16 марта 1859 года родился русский ученый Александр Степанович Попов, изобретатель радио (ум. 1906).

В истории науки и техники споры о приоритетах иногда затягиваются на десятилетия. Но теперь опубликовано достаточно архивных материалов, чтобы ответить, наконец, кто же изобрел радио. 7 мая 1895 года Александр Степанович Попов на заседании Русского физико-химического общества демонстрировал сконструированный им радиоприемник. Этот день в нашей стране ежегодно отмечается как день радио. Подробное описание приборов и демонстрации опубликовано в 1896 году в журнале Русского физико-химического общества (с международной рассылкой). А через 10 месяцев Попов уже передал радиограмму из двух слов «Генрих Герц». Летом 1895 года сообщение о работах Попова поступило в Университет города Болонья, и с ним познакомился профессор Аугусто Риги. В 1895–1896 годах лекции А. Риги посещал вольнослушатель Маркони. А в июле 1897 года Гульельмо Маркони (см. 13 июля) получил английский патент на «Усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов и в аппаратуре для этого», т. е. спустя более двух лет после демонстрации А. С. Поповым своего приемника. Предлагаемая итальянцем схема в основном повторяла приемник Попова.

Приоритет А. С. Попова в изобретении радио окончательно признали век спустя, и в честь 100-летия этого события ЮНЕСКО объявило 1995 год Всемирным годом радио.

Учитель: «Что такое электромагнитные волны?»

Ученик: «Электромагнитные волны были изобретены Поповым для создания радио и имели длину 3 метра».

17 марта
Драма идей

17 марта 1905 года Эйнштейн отправил в немецкий журнал «Анналы физики» работу, объясняющую явление фотоэффекта. За эту работу он получил в 1921 году Нобелевскую премию.

Историю физики Эйнштейн называл драмой идей. За один 1905 год сам он дважды порушил устои классической физики: своей специальной теорией относительности и своей теорией фотоэффекта. Именно Эйнштейн первым поверил в реальность квантов света – фотонов, которые сам их «создатель» Макс Планк рассматривал скорее не как реальные объекты, а как формальный математический прием. Эйнштейн первым ввел в картину природы парадоксальный образ фотонов как волн-частиц. Он признавался, что его чуть не свели с ума размышления о том, что же такое фотон. В одном из последних его писем говорится: «В наши дни каждый студент думает, что ему это понятно. Но он ошибается». Да, трудно представить себе, что такое частица и одновременно волна.

Но, дав мощный толчок развитию квантовой теории, Эйнштейн так и не смог до конца принять ее вероятностный и невообразимый мир и называл квантовую механику «настоящим колдовским исчислением». «Ты веришь в играющего в кости Бога, а я – в полную закономерность…», – писал он Максу Борну в 1947 году. Время доказало: квантовая теория микромира верна. Загадка мироздания оказалась сложнее, чем виделось Ньютону и Эйнштейну.

Физики с трудом принимали идею о двойственной природе света. Известно шутливое высказывание Брэгга: «Свет ведет себя подобно волнам по понедельникам, средам и пятницам, подобно частицам по вторникам, четвергам и субботам, и ни с чем не сравним по воскресеньям».

18 марта
Человек за бортом

18 марта 1965 года космонавт Алексей Леонов впервые в мире вышел в открытый космос с борта корабля «Восход».

Уже в начале космической эры встала задача – уметь выходить в открытый космос. Создание в будущем орбитальных станций было бы невозможно без продолжительных выходов в открытый космос для выполнения монтажно-ремонтных работ. И вот 18 марта 1965 года Алексей Леонов мягко оттолкнулся от корабля, осторожно подвигал руками и ногами. Движения выполнялись сравнительно легко, несмотря на 100-килограммовый скафандр, и космонавт, раскинув руки, стал свободно парить в безвоздушном пространстве, а пятиметровый фал надежно связывал его с кораблем. В скафандре поддерживалась комфортная температура, хотя его наружная поверхность разогревалась на солнце до +60° и охлаждалась в тени до –100 °C. Но при возвращении на корабль возникла проблема. В открытом космосе скафандр Леонова раздулся. То, что подобное может произойти, ожидали, но не предполагали, что настолько сильно. Леонов не мог втиснуться в люк шлюза! Он делал попытку за попыткой, а запас кислорода в скафандре заканчивался. В конце концов, Леонову удалось сбросить давление в скафандре, и вопреки инструкции, предписывающей заходить в шлюз ногами, он «вплыл» в него лицом вперед. Леонов пробыл в открытом космосе 12 минут, за это короткое время он взмок так, как будто на него вылили ушат воды!

Опасный инцидент с повреждением скафандра в открытом космосе произошел в 1991 году во время полета шаттла «Атлантис»: маленький прут проколол перчатку астронавта. К счастью, прут застрял и заблокировал собою отверстие.