Безумные идеи
Шрифт:
А можно ли достичь абсолютного нуля? Можно ли отобрать от частиц вещества всю их тепловую энергию. Наука отвечает на этот вопрос отрицательно. Можно сколько угодно близко подойти к абсолютному нулю температуры, но достичь его невозможно. Причиной этому является неотъемлемое внутреннее движение, присущее материи. Это внутреннее движение связано с запасами внутренней энергии, уничтожить которые невозможно, не нарушив строения молекул, атомов и самих элементарных частиц. Даже в самом пустом пространстве всегда присутствует энергия электромагнитных полей, устранить которую невозможно. А вследствие неизбежных связей, существующих между частицами и полями и между отдельными частицами,
Достичь абсолютного нуля невозможно, но на пути к нему ученые уже, как вы знаете, встретились с рядом неожиданных, поразительных фактов. Несомненно, много замечательных открытий еще лежит в неисследованных далях этого пути.
За последние десятилетия рухнула не одна крепость царства мороза. Образовалась целая область науки — физика низких температур, призванная освоить целину царства холода.
А в последние годы мы стали свидетелями рождения еще новой области — физики сверхнизких температур. Так ученые называют область, лежащую между десятой долей градуса и абсолютным нулем.
Многие лаборатории Советского Союза уже чувствуют себя как дома на этом абсолютном полюсе холода. Здесь особенно удобно исследовать тонкие особенности строения ядер, силы, приводящие к соединению атомов в причудливые конструкции решеток кристаллов, и многие явления, маскируемые тепловым движением материи.
Обнаружив новое явление, поначалу полное таинственности, экспериментаторы часто не торопятся с выводами и с нетерпением ожидают, что же скажет по этому поводу теория. А бывает и так. Теория предсказывает новый эффект, новое явление, какое-то неожиданное свойство знакомого вещества, но эксперимент столь сложен и тонок, что проходит немало времени, прежде чем утверждения формул получат воплощение в жизни.
Сложная теория и тончайшая, ювелирная точность техники эксперимента — вот особенности этой области физики. Она обогащает не только наши знания о природе веществ, но уже дает и практический выход.
Охота за тайнами низких температур в полном разгаре. Не все они разгаданы до конца, многие служат еще предметом споров между специалистами, но все обещают быть полезными человеку.
Без дьявола
Наше проникновение в мир атомов
можно сравнить с великими,
полными открытий кругосветными путешествиями
и дерзкими исследованиями астрономов,
проникших в глубины мирового пространства.
Какой странный вопрос, подумаете вы. Конечно, молекула воды отличается от молекулы спирта. И хотя молекулы нельзя различить невооруженным глазом, существует много способов отличить воду от спирта.
А можно ли отличить друг от друга две молекулы одного и того же вещества, например две молекулы воды? Многих и этот вопрос не поставит в тупик.
— Можно, — скажут они, — ведь, кроме обычной воды, существует тяжелая вода, а их молекулы отличаются даже весом.
Но что вы ответите на вопрос: могут ли отличаться между собой две молекулы обычной воды, в которые входит по атому обычного кислорода и по два атома обычного водорода?
Химик, несомненно, ответит на этот вопрос отрицательно, добавив, что нет и не может быть химической реакции, в которой эти молекулы вели бы себя различно.
С точки зрения физиков
Ученые, жившие до великих открытий Альберта Эйнштейна, не подозревали, что различие в энергии связано с небольшим различием в массе вещества. Но не в этом дело. Наши современники, зная это, знают также, что такое различие в массах столь мало, что обнаружить изменение запасов энергии с помощью весов совершенно безнадежно. Так можно ли действительно рассортировать молекулы, обладающие различными энергиями?
Вопрос, поставленный таким образом, тоже нуждается в уточнении. Ведь отделить молекулы водяного пара от молекул воды не составляет никакого труда. Для этого нужно подогреть воду, превратить часть ее в пар — и задача решена. Но при этом необходимо затратить энергию на нагревание, А нельзя ли обойтись без таких затрат или по крайней мере получить за счет такого разделения большие количества энергии, чем приходится тратить в процессе производства?
Многие ученые и люди самых различных профессий ломали головы над тем, как воспользоваться огромными запасами тепловой энергии, рассеянной в природе. Какая заманчивая перспектива! Наливаешь в котел обычную воду, механизм отбирает из нее те молекулы, которые в результате хаотического теплового движения обладают большими скоростями, и направляет их в паровую машину. Отработав, эти молекулы снова возвращаются в котел. Под котлом нет огня, его температура остается комнатной. Все делает механизм, причем без затраты энергии.
— Глупости, — скажете вы, — это вечный двигатель. И создать его невозможно.
Да, это вечный двигатель. Причем не простой, механический, о котором в 1755 году Парижская академия наук постановила оставлять без ответа все заявления и предложения, касающиеся вечного двигателя, а так называемый вечный двигатель второго рода, использующий теплоту.
Однако представьте себе такое устройство: сосуд с газом разделен на две части. В стенке маленькое отверстие с задвижкой. Об эту задвижку с обеих сторон беспорядочно ударяются молекулы газа. Если какой-либо механизм на мгновенье открывает задвижку, когда молекула подлетает к ней слева, пропуская ее в правую половину, и задерживает молекулы, летящие справа налево, то постепенно большая часть молекул скопится в правой половине сосуда. Давление там сделается более высоким, чем в левой половине. Пропуская газ обратно, то есть справа налево, через специальную трубку, в которой установлена турбинка, мы сможем получить таким образом некоторую энергию. Повторяя этот процесс много раз, мы получили бы вечный двигатель второго рода.
Невозможность создания вечного двигателя второго рода была доказана в прошлом веке физиками Клаузиусом и Томсоном. А пример, приведенный здесь, был придуман великим английским физиком Максвеллом, чтобы сделать это совсем очевидным. Создать механизм, о котором говорится в этом примере, нельзя. Молекулы будут в среднем переходить справа налево так же часто, как и слева направо. Воображаемый, но неосуществимый механизм, сортирующий молекулы так, чтобы отобрать у них энергию, с тех пор стали называть дьяволом Максвелла.