Сочинения

(Еще не оценили)

Загрузка...

Возьмем, к примеру, проблему высокотемпературной сверхпроводимости. Она включает в себя очень важную практическую задачу создания материалов, которые остаются сверхпроводниками при температуре жидкого воздуха или еще лучше при комнатной температуре. Шесть лет назад наивысшим достижением в этой области был сплав ниобия с алюминием и германием с критической температурой для сверхпроводимости около 2Сг К и лишь обсуждались некоторые идеи, позволяющие надеяться на сохранение сверхпроводимости вплоть до температуры порядка или выше 80° К. По зарубежным данным, для соединения ниобий-три — германий (N63 Ое) удалось подняться до 25°К. Но не выше. Правда, уже переход рубежа 20° К есть некое заметное достижение, он означает, что для охлаждения сверхпроводников можно вместо жидкого гелия использовать жидкий водород.

Однако до использования сверхпроводников, охлаждаемых широко доступным жидким азотом (около 80° К), все еще далеко. О сложности проблемы можно косвенно судить хотя бы потому, что

[smszamok]

за шестьдесят с лишним лет ее существования — сверхпроводимость была открыта в 1911 году — не удалось даже твердо ответить на вопрос, возможна ли вообще высокотемпературная сверхпроводимость. И это несмотря на то, что исследования сверхпроводимости, в частности теоретические, ведутся интенсивно и стимулируются перспективой получить практический результат огромной важности.

Одна из «особенно важных и интересных проблем» — поиск сверхтяжелых элементов. Теоретические соображения позволяют считать, что ядра с атомными номерами в районе 114 и 126 могут оказаться аномально стабильными по сравнению с соседними элементами, живущими, вероятно, лишь меньше секунды. Но соответствующие поиски были безуспешными, пока летом 1976 года не грянула сенсация: большая группа американских физиков сообщила о том, что в одном из минералов обнаружены элементы с атомными номерами 116 и 126, а возможно, и некоторые другие, причем весьма стабильные, живущие миллиарды лет.

Если бы это подтвердилось, то можно было бы говорить о крупнейшем открытии в области ядерной физики за много лет. Но здесь уместно вспомнить правило: об открытии обычно всерьез можно говорить лишь после того, как оно подтверждено в нескольких местах, разными группами исследователей. Сейчас, когда мы с вами беседуем, всего через несколько месяцев после первых публикаций, обнаружение высокостабильных сверхтяжелых элементов не только не подтверждено другими авторами, но, напротив, решительно оспаривается. Так что сенсация, видимо, не состоялась. Однако пользу она принесла — интерес к проблеме сверхтяжелых элементов резко возрос, и поэтому вскоре можно ожидать каких-то успехов в ее понимании.

Не останавливаясь на отдельных, хотя и весьма существенных достижениях в области макрофизики, таких, как получение электронно-дырочной жидкости в полупроводниках, сверхтекучесть гелия 3 и другие, перейду к микрофизике. В этой области наблюдается большой всплеск активности, царит атмосфера оптимизма. И для этого имеются основания. Получила подкрепление и развитие кварковая модель строения вещества, согласно которой адроны (сильно взаимодействующие частицы — протон, нейтрон, другие барионы, а также мезоны) состоят из некоторых фундаментальных кирпичей — кварков. Правда, вначале, в 1964 году, было введено только три кварка и три антикварка. Сейчас же вводят уже 12 кварков и 12 антикварков, а иногда и больше. Если говорить об основной «обойме» из 4 кварков, то два из них иногда называют обыкновенными — хотя трудно придумать- что-либо более необыкновенное, чем кварк! — третий именуют странным и четвертый — очарованным. Кроме того, каждый из этих четырех кварков может еще отличаться по своим свойствам и иметь три особых признака или, как их назвали, три «цвета». Разумеется, усложнение картины и конкретно увеличение числа сортов «первоматерии» — кварков — не представляется особенно привлекательным из общих соображений. Но в конце концов все наши модели диктуются и проверяются опытом, а последние опыты свидетельствуют в пользу существования именно четырех основных кварков, а не трех. Впрочем, еще нельзя, по-видимому, считать саму кварковую модель доказанной.

Другое очень существенное направление микрофизики, в котором достигнут успех,— это теория и вообще понимание природы слабых взаимодействий: именно такими взаимодействиями и обусловлен, в частности, известный бета-радиоактивный распад. Кстати, в развитии теории здесь сыграло немалую роль использование аналогии со сверхпроводимостью. Вообще нужно подчеркнуть, что в физике имеется глубокое единство и образов и методов, применяемых при исследовании самых различных и на первый взгляд далеких друг от друга проблем. И действительно, не будь оптической астрономии, сегодня вообще не существовало бы астрономии. Завтра без оптической астрономии также никак обойтись нельзя. То, что произошло, никак нельзя назвать закатом оптической астрономии, это лишь появление других ветвей астрономии. Поскольку же часть всегда меньше целого, то удельный вес оптической астрономии, ее относительная роль в астрономии в целом поневоле уменьшилась. То же, по-видимому, можно сказать даже о радиоастрономии, которая бурно развивается лишь 30 лет, но уже созрела и вынуждена уступить рентгеновской астрономии место самого молодого и, скажем прямо, самого модного направления астрономических исследований. Впрочем, все эти рассуждения о «местах», конечно, весьма условны и их нужно понимать в духе известной латинской поговорки «со щепоткой соли».

Пользуюсь случаем упомянуть об одном из последних радиоастрономических результатов, который представляется очень важным особенно для тех, кто занимается проблемой происхождения космических лучей. Речь идет о галактическом гало и, в частности, о гало нашей  Галактики. Еще лет 25 назад недавно скончавшийся выдающийся советский астрофизик С. Б. Пи-кельнер пришел к мысли, или скорее к заключению, что звездное население Галактики, концентрирующееся в диске, окружено протяженной короной, или, иначе, гало, заполненным, в частности, весьма разреженным газом. Вскоре появились указания на то, что галактическое гало должно быть источником радиоизлучения, другими словами, что у Галактики имеется радиогало. Но вот о его существовании спорят и до сих пор, причем этот вопрос превратился в один из «вечных» или, можно сказать, даже «проклятых» вопросов. Внести в него ясность трудно потому, что мы находимся внутри гало и не можем посмотреть на него со стороны.

Но мы можем посмотреть на радиогало других галактик, родственных нашей. Именно это и было сделано в первую очередь итальянцем Р. Сонсизи, работающим на известном радиотелескопе в Вестерборке (Голландия). Выяснилось, что у видных «с ребра» галактик N00 — 4631 и 1ЧОС — 891 имеется ярко выраженное радиогало. Особенно существен такой результат взаимоотношении галактики N00 — 891, поскольку она очень близка по своему строению, по своему типу к нашей звездной системе, то есть к нашей Галактике. И более того, проведенные недавно С. В. Булановым, В. А. Догелем и С. И. Сыроватским расчеты и сопоставление их с наблюдениями позволяют заключить о наличии радиогало и непосредственно у Галактики. Таким образом, со всех сторон поступает информация, свидетельствующая в пользу существования у Галактики и ряда    других    спиральных галактик достаточно мощных радиогало. А радиоизлучение в радиогало создается релятивистскими электронами, образующими электронную компоненту космических лучей и движущимися в космических магнитных полях. Позволю себе заметить, что я всегда отстаивал и опирался на представления о наличии гало, и поэтому их подтверждение для меня большая радость.

[/smszamok]

Помимо приема электромагнитных волн разных диапазонов, астрономические исследования сейчас ведутся путем непосредственного, «на месте», изучения планет, Луны и метеоритов, а также методами физики космических лучей, которые, как известно, представляют собой приходящие из космоса заряженные частицы — атомные ядра, включая протоны, а также электроны и позитроны. К резервам же можно отнести нейтринную астрономию и астрономию гравитационных волн.

(Еще не оценили)

Загрузка...

Для постановки вопроса берутся первые попавшиеся подлежащее и сказуемое. Их сочетание и дает гипотезу, на основе которой можно работать. Пусть подлежащим будет «город Реджо-Эмилия», а сказуемым «летать». Что было бы, если бы город Реджо-Эмилия начал летать? Пусть подлежащим будет «Милан», а сказуемым «окружен морем». Что было бы, если бы Милан внезапно оказался посреди   моря? Вот две ситуации, внутри которых повествовательные элементы могут сами по себе множиться до бесконечности. Авантюристические устремления могут сбить с пути, и порой сбивают с пути научные исследования. Но без них научный прогресс представляется почти невозможным.

Льоцци. Истинное начало этой истории неизвестно, но скорее всего его можно связать со

[smszamok]

становлением древней астрономии. Повседневный опыт, накапливаемый веками, убеждал людей в очевидном факте — в вечном движении небесных тел. А отсюда вывод: если эти движения вечны, то должны существовать и вечные силы, поддерживающие движение. Мы, конечно, не знаем, кто первый задумался над тем, нельзя ли заставить вечные силы природы совершать даровую работу: тащить повозки, поднимать воду, молоть зерно. Первое письменное свидетельство о размышлениях и исследованиях этого рода оставил Пьетро Перегрино, физик из французского городка Марикура.

Задумав осаду итальянского города Лючеры, Карл Анжуйский призвал Перегрине в свои войска. Весельчак Пьетро скучал во время длительной осады и коротал досуг, высказывая разные соображения о природе вещей в письмах, которые адресовал пикардийскому дворянину Сигеру. Под последним письмом стоит дата — 8 августа 1269 года, и оно завершает цикл, образовавший трактат  под  названием  «О  магнитах». В этом трактате, в числе прочего, содержалось описание вечно движущейся машины, которая, как мы сейчас формулируем существо дела, «будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергии извне». Трактат Перегрино и после смерти автора ходил по рукам. Он дал толчок такому количеству подражаний, был таким возбуждающим источником научного вдохновения, что заслужил право остаться навечно в летописи человеческой мечты.

История сохранила большое количество проектов вечных двигателей. Большинство их должно было использовать силу тяжести. Это были более или менее сложные комбинации рычагов, блоков, зубчатых и цепных передач, а иногда и насосов для подъема воды — стекая вниз, вода должна была совершать работу, попутно приводя в движение и сами насосы.

Наряду с заблуждающимися, но добросовестными энтузиастами в числе создателей вечных двигателей были и мошенники, демонстрировавшие  легковерным  обывателям

Глава из новой книги Ирины Радунской «Великие ошибки», которую издательство «Детская литература» готовит к печати для серии «Люди. Время, идеи». Многие ученые, наблюдавшие его работу не могли обнаружить никакого обмана. Однако, когда один из наблюдателей проявил слишком большую настойчивость и любознательность, конструктор разбил аппарат… И все же в те времена отдельные неудачи и разоблачения никак не могли дискредитировать идею. Достаточно вспомнить, что с 1678 года начинает выходить французский научный журнал, где регулярно помещаются многочисленные проекты вечных двигателей.

Мечта о вечном двигателе стала поразительной массовой галлюцинацией. На протяжении многих веков перпетуум-мобиле казался легко осуществимым, и никто не подозревал, что самой природой на него наложен непреодолимый запрет. Первый отпор идея перпетуум-мобиле получила в XVI веке. И ополчился против вечного двигателя ученый, который в силу своего характера, научных склонностей должен был бы приветствовать такой под’нрок судьбы! Должен был ухватиться за идею перпетуум-мобиле и поставить целью жизни осуществить ее. Иероним Кардан был, пожалуй, самым авантюрным ученым в этот доверчивый век. Он слыл отличным математиком, физиком, врачом, и при всем этом его считали помешанным. Ну скажите, какой нормальный человек, будучи грамотным ученым, может верить, как верил Кардан, что каждый год 1 апреля в 8 часов утра он может получить от богов все, что пожелает? Кардан любил предсказывать, и многие его предсказания сбылись. Чтобы не подорвать веру в силу своего провидения, он оборвал жизнь голодовкой на 75-м году только потому, что имел неосторожность предсказать дату своей смерти.

Что же воодушевило Кардана на борьбу с вечным двигателем? Повышенное чувство долга? Вряд ли. Историки рассказывают, что он не смущался кражей чужого открытия. Тридцатилетний блестящий математик Тар-талья рассказал, ему о своем оригинальном решении уравнения третьей степени, а Кардан опубликовал это решение под своим именем. Тарталья вызвал его на математическую дуэль-диспут, однако Кардан вместо себя прислал своих учеников и те выдворили Тарталью из города!

Возможно, все эти отзвуки давно затихшей жизни — просто выдумка, как и легенды о том, что Кардан безмятежно перенес казнь сына, утрату колоссального состояния…   История   многое   вольно добавляет и на, не выводимая из каких-либо других положений. Этот закон окончательно отвергает веру в возможность построения вечных двигателей, веру в возможность получения энергии «из ничего». Отвергает, но не объясняет, почему это невозможно! Не объясняет потому, что объяснение — это сведение к чему-либо более простому, более фундаментальному, а закон сохранения энергии сам принадлежит к наиболее фундаментальным законам природы, и ничего фундаментальнее его мы не знаем.

Такие законы иногда называют постулатом. Постулатом в том смысле, который придается постулатам геометрии,— не сводимым ни к чему более простому, обобщениям геометрических свойств природы. Обобщениям всего опыта человечества.

В наше время убежденность в достоверности и универсальности закона сохранения энергии столь велика, что в случае, когда эксперимент приводит к отклонению от него, ученые вправе ожидать нового открытия. Именно так в первой половине нашего века из обнаруженного на опыте нарушения закона сохранения энергии при бета-распаде было предсказано существование нейтрино. Физикам было легче примириться с существованием неведомой частицы, не имеющей ни заряда, нн массы покоя, что уже само по себе казалось нереальным, чем поверить в нарушение закона сохранения энергии.

Существуют, правда, теории, опирающиеся на» возможность очень кратковременных нарушений закона сохранения энергии, на отступления от этого закона в процессах, разыгрывающихся в очень малых областях пространства. Наложить запрет на эти теории невозможно, ибо они относятся к предельно малым областям пространства и предельно малым отрезкам времени, для которых закон сохранения энергии еще не подтвержден экспериментом. Хотя, конечно, и не опровергнут.

Можно считать, что возникновение мятежных теорий связано именно с постулативным характером закона сохранения энергии. Ведь мы знаем, что замена постулата Эвклида о параллельных линиях другим постулатом привела не к катастрофе, а к созданию новых геометрий — к геометрии Лобачевского и геометрии Римана. Геометрия Евклида оказалась лишь частным случаем. На кривых поверхностях или в больших объемах, содержащих тела очень большой массы, справедлива неевклидова геометрия.

Постулатом является и Второе начало термодинамики, ее Второй закон. Именно этот постулативный характер приводит к тому, что и в наше время иногда появляются люди, охваченные надеждой найти в обычных условиях случай, не подчиняющийся Второму началу. Может быть, эти люди не знают о том, что все их предшественники потерпели поражение. Возможно, они надеются на особое счастье. И движет ими одно— если Второе начало падет, то падет и принцип Карно, падет запрет перевода тепла от холодных тел к горячим без затраты работы. И тогда станет возможным получать  энергию при помощи тепловых машин без затраты топлива!

Жертвой старого заблуждения стал совсем недавно один профессор, известный радиоспециалист. Разумеется, для него не было сомнений в основах электротехники: электрический ток—это упорядоченное движение электронов по проводам под влиянием электрического напряжения, приложенного к концам проводника. Также не было откровением и то, что на ток всегда налагается хаотическое тепловое движение электронов. Если отключить внешнее напряжение, ток прекратится. Хаотическое движение сохранится, но электроны уже не будут регулярно смещаться вдоль проводника. Амперметры не зарегистрируют электрического тока. Он равен нулю. Чувствительные усилители помогают обнаружить хаотическое напряжение, связанное с хаотическим движением электронов: после усиления оно слышится как ровный шум в громкоговорителе приемника или видно как мерцание экрана телевизора, когда телевизионная станция не работает.

Общеизвестно, что существуют электрические выпрямители, пропускающие электрический ток только в одном направлении. Значит, рассуждал профессор, такой детектор способен пропускать и «хаотические» электроны только в одном направлении, задерживая идущие в обратном направлении. При этом детектор будет превращать хаотическое тепловое движение электронов в постоянный электрический ток! И осуществится небывалое: по проводам потечет ток  без  затраты  электрической  энергии.

Автор этого перпетуум-мобиле решил, что он нашел способ преобразовывать хаос в порядок. Нащупал возможность превращения хаотического теплового тока в упорядоченный постоянный ток. Черпать электроэнергию непосредственно из тепла окружающего воздуха. Попутно это давало неплохой подарок науке: получалось, что Второе начало термодинамики неверно. Профессор ставил опыты в лаборатории своего института и дома, отдавал им все свободное время, пытаясь воплотить свою мечту в реальное устройство. Но результат почему-то всегда был отрицательным. Но всегда оставалась надежда на то, что в следующий раз,., если принять еще какие-то меры…

Обычная надежда творцов вечных двигателей… И в этом случае она оказалась эфемерной…

Однако заблуждение профессора не прошло бесполезно. Много лет спустя один из друзей неудачника, тоже известный радиофизик, понял корни его заблуждений, осветив еще одну особенность, еще один лик тепла. Он показал и подтвердил это точным расчетом, что ошибка и ложная надежда возникли из-за того, что при рассуждениях учитывались лишь тепловые движения электронов в проводнике. Не принималось в расчет то, что происходит в самом детекторе. Точный анализ показал, что без разности температур в замкнутом проводнике, содержащем детектор, тепловые движения электронов не вызывают постоянного электрического тока. Что при равенстве температур детектора и проводника никакого регулярного тока не возникнет. Только в том случае, если проводник нагрет неравномерно, возникнет регулярный ток. Электрическая энергия при этом вырабатывается за счет тепловой энергии в процессе выравнивания температуры горячей и холодной частей системы. Если поддерживать разность температур при помощи внешнего источника тепла, мы будем иметь дело с одной из тепловых машин — с теплоэлект-рическим генератором или термоэлементом, полностью подчиняющейся обоим началам термодинамики. О даровой электрической энергии и речи быть не может. За нее надо платить теплом.

И еще один современный пример увлечения вечным двигателем второго рода. Заблуждение в этом случае скорее всего началось с размышлений о безвозвратных потерях тепла в мировом пространстве. Как ни топи помещение, а тепло уходит через окна, стены, пол, потолок! Не обидно ли топить улицу? И нельзя ли как-нибудь забирать обратно у зимней стужи награбленное ею добро? Фактически нечто подобное осуществляет наш комнатный холодильник. Отбирая тепло от морозильной камеры с продуктами, он через внешний теплообменник передает это тепло воздуху комнаты. Нарушается ли при этом Второй закон термодинамики? Нет. Переход тепла от холодного к теплому идет с затратой электроэнергии — холодильник питается от электросети..

Л нельзя ли вынести морозильную камеру наружу, за стенку дома, а теплообменник, обычно расположенный на задней стенке холодильника, оставить внутри комнаты? И, отбирая тепловую энергию не от продуктов, а от воздуха, окружающего морозильную камеру, перекачивать эту энергию в комнату? Кое-кто, возможно, помнит события десятилетней примерно давности — шумиху по поводу работ одной лаборатории, помещавшейся в Бабьегородском переулке в Москве. Речь шла о чудо-приборе, позволяющем отапливать дома за счет тепла, отобранного у зимнего воздуха. Сенсация вызвала немалый интерес, возрождая надежды на получение неограниченных количеств бесплатной энергии. Не дешевой, а именно бесплатной!

Прежде чем отмахнуться от этого перпетуум-мобиле, попробуем найти то звено в рассуждениях, которое сбило с пути его творцов. Проведем три мысленных эксперимента, предварительно включив в небольшой комнате электрическую плитку мощностью в один киловатт. Элементарный расчет подскажет нам, что плитка, превращая электрическую энергию в тепловую, будет отдавать в комнату до двухсот сорока калорий каждую секунду. Будем считать, что скорость повышения температуры комнаты будет при этом равна одному градусу в секунду. Конечно, такой быстрый подъем температуры не может длиться долго из-за всевозрастающей утечки тепла. Но для простоты ограничимся лишь начальным периодом. Теперь выключим плитку и приступим к нашим экспериментам. Опыт первый. Внесем в комнату кондиционер мощностью в один киловатт. (Кондиционер подобен холодильнику, он в жаркую погоду откачивает тепло из охлаждаемого помещения в более теплое окружающее пространство, чтобы в комнате стало прохладнее, чем на улице.) Включив кондиционер в электросеть, мы убедимся в том, что с одной стороны из него выходит охлажденный воздух, а с дру гой стороны — нагретый. Температура в комнате при этом поднимается на градус в секунду (как и в случае с электроплиткой). Повышения температуры следовало ожидать, так как вся энергия, потребляемая кондиционером от        электросети, в конце концов превращается в тепло и рассеивается в комнате.

Опыт второй.

Используем кондиционер по его прямому назначению. Установим его в проем окна так, чтобы холодный воздух шел в комнату, а нагретый наружу. Теперь температура в комнате понижается — теплообменник кондиционера находится за окном и отдает все выделяющееся тепло внешнему воздуху, в то время как холодильный элемент отнимает тепловую энергию у воздуха, находящегося в комнате. Для передачи тепла от охлажденного воздуха комнаты к жаркому летнему воздуху улицы приходится расходовать энергию в полном соответствии с законами термодинамики. Если тепловая эффективность кондиционера составляет пятьдесят процентов, то температура в комнате будет понижаться на полградуса в секунду.

Опыт третий.

Перевернем кондиционер так, чтобы нагретый воздух шел в комнату, а холодный наружу — воздух в комнате начнет нагреваться. Фактически кондиционер при этом играет роль электроплитки, но он нагревает комнату быстрее, чем электроплитка равной мощности. Температура поднимается со скоростью полтора градуса в секунду. Для получения такого результата от электрической плитки понадобились бы полтора киловатта, а в нашем опыте электрический счетчик показывает, что кондиционер потребляет свою обычную норму — киловатт! Мы встретились с удивительной ситуацией, противоречащей нашему первому опыту с электроплиткой: на каждый затраченный киловатт в комнату ежесекундно вносится не двести сорок калорий тепла, а триста шестьдесят. Но ничего противоречащего законам природы здесь нет. Чуда не происходит. Просто в отличие от электроплитки, которая обогревает комнату только за счет потребляемой из сети электроэнергии, кондиционер дополнительно перекачивает тепловую энергию с улицы, отбирая ее у внешнего воздуха.

Итак,   прокомментировали  бы этот опыт теплотехники из Бабьегородского переулка, мы научились на каждый затраченный киловатт электроэнергии получать не 240, а 360 калорий тепла. Выигрыш — полтора к одному, кпд —150 процентов. Теперь сделаем следующий шаг. Превратим даровое тепло в электроэнергию. Что для этого нужно сделать? Для этого достаточно применить тепловую машину, которая будет ежесекундно преобразовывать триста шестьдесят калорий, полученных от кондиционера, в электроэнергию. Тогда исходя из полученного выигрыша 1:1,5, затрачивая ежесекундно один киловатт, мы будем получать полтора киловатта.

Итак, мы богачи. Расходуя один киловатт на поддержание работы кондиционера, мы сможем использовать лишнюю половину киловатта на другие нужды. Теперь дело за инженерами. Пусть они создадут огромный кондиционер мощностью в миллион киловатт и тепловую машину в полтора миллиона киловатт, соединят их между собой и — все разговоры об энергетическом кризисе канут в вечность…

• — Где же просчет? — спросит читатель.— Все так логично, достоверно, заманчиво! В чем же порок идеи?

Вспомним Сади Карно с его беспощадным выводом о невозможности полного преобразования тепла в другие виды энергии. Кинетическая энергия летящей пули полностью обращается в другой вид энергии. Энергию пружины можно до конца затратить на поднятие груза. Каждая из этих форм энергий может быть утилизирована полиостью. Полностью, конечно, только в идеальном случае при отсутствии трения. В действительности трение, электрическое сопротивление проводов или другие подобные процессы приведут к потере части энергии. Потери можно, правда, почти всегда уменьшить, преобразовывая один вид энергии в другой почти полностью, и это справедливо для всех форм энергии. Только не для тепловой. На какие бы ухищрения ни пошли конструкторы тепловых машин, они все равно не смогли бы полностью обратить тепло в работу. Лишь определенная доля тепла может быть превращена в механическую работу, в электрическую энергию — такова специфичность, особенность тепловой энергии. Порок системы, предназначенной для превращения «дарового» тепла в электроэнергию, состоит именно в том, что партнером кондиционера должна быть тепловая машина, вращающая электрогенератор. Экономия топлива при помощи обращенного кондиционера не сможет скомпенсировать потери энергии в самой лучшей тепловой машине. Работая в паре, они всегда будут работать в убыток.

Этот неутешительный вывод справедлив и в случае, если мы попытаемся отказаться от комбинации тепловой машины с электрогенератором и заменим ее лучшим из современных полупроводниковых термоэлектрических генераторов, превращающим тепловую энергию в электрическую, минуя механическое движение. Такой термоэлектрический   генератор тоже подчиняется принципу Карно и преобразует в электроэнергию тем меньшую долю тепла, чем меньше разность температур между двумя различными полупроводниками, которые как раз и образуют полупроводниковый термогенератор.

При обсуждении наших мысленных экспериментов следует учесть и то, что невозможно добиться увеличения кпд тепловой машины, заставляя кондиционер обеспечивать больший перепад температур. Чем больше требуемая разность температур, тем ниже тепловая эффективность кондиционера. Не поможет и включение холодильных машин последовательно, одна за другой. Автор просит читателей не пытаться проверять верность сказанного выше при помощи чисел, приведенных при описании наших мысленных экспериментов. Они выбраны лишь из соображений простоты (конечно, тепловой коэффициент 0,24 калории на джоуль соответствует действительности). Нужно учесть, что в этих мысленных экспериментах мы для простоты рассматривали только начальный период после включения холодильника или кондиционера, когда созданная ими разность температур мала и можно не учитывать обратного потока тепла через стенки холодильника или стены здания. Эти потоки ограничивают достижимую разность температур, что при учете формулы Карио еще более увеличивает потери в системе кондиционер — тепловая машина.

Следует подчеркнуть также, что сказанное относится к любым холодильникам или кондиционерам. К наиболее распространенным, имеющим электродвигатель и компрессор, и к термодиффузионным, не имеющим движущихся частей, а лишь нагреватель, теплообменник и испаритель, внутри которых циркулирует смесь из жидкостей с низкой температурой кипения. Это же справедливо для системы, использующей полупроводниковые элементы, которые превращаются из холодильника в нагреватель простой переменой направления проходящего через них постоянного тока.

Для простоты рассуждений мы опустили много деталей процесса, упростили схему. Но мы уже знали, что можно, а чего нельзя опускать, так как ученые до нас проанализировали все аспекты «чуда Бабьегородского переулка». Знали все, чего не учли его авторы…
[/smszamok]
Насколько живуча бесплодная идея перпетуум-мобиле, можно судить по словам одного известного физика, предупреждавшего как-то своего иногороднего коллегу:

— Обязательно покажите мне вашу статью, когда закончите. Только, посылая ее по почте, предупредите меня открыткой, иначе я могу и не пойти на почту: извещение о заказной бандероли нередк» означает очередной проект вечного двигателя.

…Этим мы закончим рассказ о вечных двигателях. Историю о том, как многовековое массовое заблуждение приводило к напрасной затрате сил и средств, к личным трагедиям энтузиастов, к жертвам мошенничества, но нередко при этом ускоряло познание фундаментальных законов природы.

(Еще не оценили)

Загрузка...

Трудно переоценить вклад Циолковского в теоретическую космонавтику. «Основоположник ракетодинамики», «провозвестник космической эры». Такими высокими титулами он был удостоен еще при жизни. Академик А. А. Благонравов писал, что в работах Циолковского можно найти зародыши почти всех областей современной космонавтики. Исследования жизни и деятельности замечательного ученого велись и ведутся в самых разных направлениях. Подробно изучены космические, естественнонаучные, философские труды ученого. Исследованы работы в области лингвистики, энергетики, атомистики, его мировоззрение и научный метод. Большой интерес вызывает его переписка с учеными, инженерами, литераторами. Кажется, нет уже области, темы, которой не коснулись бы исследователи творчества Циолковского. И все же время от времени неустанный их поиск приводит к интересным, порой неожиданным находкам.

В 1889 году — тогда Константину Эдуардовичу шел тридцать третий год, и он учительствовал в Боровске, захолустном городке Калужской губернии — в Петербурге вышла в свет необыкновенная книга: первый том «Критико-биографического словаря русских писателей и ученых». Пожалуй, невозможно назвать другую библиографическую работу, которая бы сразу вызвала такой большой интерес и такую острую полемику. Словарь стал «вечным», поскольку и в наши дни не найти библиографа, историка литературы или науки, который бы не обращался к знаменитому словарю. Составителем и автором словаря был известный историк литературы, критик и библиограф Семен Афанасьевич Венгеров. С 1891 года он редактировал литературный отдел Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона, подготовил первое полное собрание сочинений Белинского, был организатором и первым директором Российской книжной палаты. Его перу принадлежат монографии о многих выдающихся писателях, в том числе об Аксакове, Белинском, Писемском, Гончарове, Гоголе. Современники отмечали исключительную популярность Венгерова в кругах русской интеллигенции. В столице без него не обходился ни один литературный праздник, ни одно литературное событие.

 Поэт В. Я. Брюсов писал: «Как человек поразительно живой, С. А. Венгеров страстно хватался за самые разнообразные замыслы, спешил издавать и энциклопедии, и библиографии, и русских писателей, и иностранных классиков, продолжая работать, как критик, как публицист, как профессор». Еще студентом Петербургского университета Венгеров задумал труд, равного которому не было в русской литературе. Он поставил перед собой задачу создать многотомный словарь писателей и ученых «всех

периодов русской образованности», дать в нем сведения о русских литераторах и деятелях науки с разбором их произведений и списком биографической и критической литературы.

С величайшим упорством и тщательностью начал он собирать сведения о русских писателях и ученых. Не только о крупных, но и малоизвестных, опубликовавших, может быть, всего одну-две журнальные статьи. Эти сведения Венгеров стал заносить на особые листки. Так началась огромная картотека, состоящая ныне из двух миллионов карточек и содержащая библиографические и биографические данные о семидесяти тысячах отечественных литераторов и ученых.

Через газеты и журналы Венгеров обратился к писателям и деятелям науки с просьбой присылать ему автобиографии. Одним из первых откликнулся М. Е. Салтыков-Щедрин. Коллекция начала расти. В архиве Венгерова собралось ни много ни мало три с половиною тысячи автобиографий — коротких, в несколько строк, и пространных, в полсотни страниц. Венгеров полагал, что для словаря ему хватит двенадцати гомов. И вот первый том «Критико-биографического словаря русских писателей и ученых» вышел. За ним — второй, третий, четвертый, пятый. Спустя пятнадцать лет, в 1904 году, увидел свет шестой том. Эти шесть книг Венгеровского словаря охватили лишь буквы А, Б и частично В. Составитель понял, что не только двенадцати, но и сотни томов ему не хватит.

«Была тут, сказать правду,— писал Семен Афанасьевич,— значительнейшая доля моей собственной вины. Я увлекся критической частью своей задачи и вместо сжатых справок «словарного» типа стал давать статьи очень большие, подчас принимавшие характер настоящих монографий».

Чтобы поправить дело, Венгеров начал другое издание под названием «Источники словаря русских писателей». Тут статьи были уже значительно короче.  Однажды, обратившись за какой-то справкой к этому словарю, я заинтересовался списком. Много было знакомых фамилий: В. В. Вересаев, В. И. Вернадский. М. Е. Салтыков-Щедрин, К. И. Чуковский. …Стояла там и фамилия, которая особенно меня заинтересовала,— К. Э. Циолковский. Значит, Венгеров обращался к основоположнику космонавтики, и тот также прислал свое жизнеописание и, наверное, письмо. Может быть, даже не одно?

История эта приобрела еще более интересный поворот, когда я получил неожиданное письмо из Калуги. Писал внук К. Э. Циолковского Алексей Вениаминович Костин. Оказалось, что его тоже заинтересовали связи С. А. Венгерова и К. Э. Циолковского, но узнал о них Алексей Вениаминович совсем из другого источника. Он сообщал мне, что в фондах Государственного музея истории космонавтики в Калуге находится копия неопубликованного письма «патриарха звездоплавания» к С. А. Венгерову. Копия. Где же находится оригинал письма?  Венгеровский архив еще обрабатывается. Однако научные сотрудники Пушкинского дома сумели разыскать нужный документ. И вот письмо Циолковского, точнее почтовая открытка, лежит передо мной. На одной стороне карточки адрес—«С. Петербург, Загородный, 21, кв. 36, Семену Афанасьевичу Венгерову». Ниже, в скобках, добавлено: «Господину профессору». На почтовом штемпеле дата отправки: 16 мая 1913 года. На другой стороне — текст: «Многоуважаемый С. А.! Ваше письмо от 8 мая получил. На днях вышлю Вам, какие могу, печатные труды и описание (содержание) моих работ с краткой автобиографией. Популярное изложение работ заняло около печатного листа.

(Еще не оценили)

Загрузка...

Летом 1913 года два знаменитых немецких физика, два нобелевских лауреата Макс Планк и Вальтер Нернст приехали в Швейцарию навестить Альберта Эйнштейна. Посещение это было не просто дружеским визитом: Планк и Нернст приехали уговаривать Эйнштейна переехать в Берлин и занять в Прусской (Берлинской) Академии наук кафедру, оставшуюся вакантной после смерти Вант-Гоффа. В случае своего согласия Эйнштейн становился директором нового физического института (этот институт ныне носит имя Макса Планка) и профессором Берлинского университета, без формальных обязанностей читать о нем лекции. Эйнштейн согласился принять это предложение и писал по этому поводу: «Если учту, что с каждым днем уменьшается сила моей мысли, то смогу принять эту ВЫСОКУЮ честь только с некоторым трепетом, Но, принимая этот пост, я все же думаю, что н,и один человек не может требовать ОТ другого более того, чтобы он отдавал все свои силы на хорошее дело. Только в этом смысле я чувствую себя вполне компетентными.

Планк и Нернст, вернувшись в Берлин и следуя установленному порядку, направили письмо в министерство культуры с предложением об избрании Эйнштейна действительным членом Академии. Это представление было написано от руки Планк ом и подписано еще тремя академиками — Нернстом, Рубенсом и Варбургом. Понадобилось четыре месяца на то, чтобы получить одобрение кайзера; об этом министр известил  Академию    в  ноябре     1913 года. Эйнштейн был избран действительным членом Прусской Академии 12 ноября 1913 года. Через 20 лет, 28 марта 1933 года, он вышел из Академии в знак протеста против преследования ученых и свободной научной мысли в гитлеровской Германии. Ниже публикуются текст письма, написанного Пленном, и фотокопия его последней страницы. Письмо проникнуто глубоким уважением к молодому коллеге —- когда ОНО писалось, Эйнштейну было 34 года, а Планку 55 (сам он был избран в Академию в 1894 году по представлению Гельм-гольца). Но Планк даже в этом письме-представлении «е смог не отметить своего недоверия к теории квантов, созданной Эйнштейном.

Этот решающий факт установили французские физики Жолио-Кюри с сотрудниками и американские— Л. Сциллард, Э. Ферми с сотрудниками. Отметим, что Л. Сциллард еще раньше искал цепную ядерную реакцию, которая сделала бы возможной лавинообразное высвобождение внутриядерной энергии. Теперь же возможность осуществления цепной самоподдерживающейся ядерной реакции стала совершенно ясной. Сразу же советские ученые Я- Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон количественно рассмотрели цепной процесс деления ядер урана и сделали важный вывод о возможности управления цепным процессом, то есть создания стационарного устойчивого ядерного реактора.

Открытие деления ядер урана было последним ключевым звеном в цепи блестящих теоретических и экспериментальных работ, начавшихся с фундаментальной работы А. Эйнштейна 1905 года об массы   и   энергии.  Только в 1905 году ему была присвоена ученая степень в Цюрихском университете, в 1908 году он получил доцентуру в Берне. В 1909 году Эйнштейн принял приглашение занять место экстраординарного профессора теоретической физики в Цюрихском университете. В следующем гаду он по приглашению Пражского немецкого университета занял должность ординарного профессора. В 1912 году Цюрихской федеральной политехнической школе удалось заполучить его обратно. Уже в молодом возрасте Эйнштейн приобрел всемирную известность в кругах специалистов благодаря своим работам в области теоретической физики, большинство которых публиковалось в «Анналах физики». Наиболее широкую известность принес ему предложенный им принцип относительности, выдвинутый в его знаменитом труде об электродинамике движущихся тел (1905). Согласно этому принципу радикальное разрешение противоречия между лоренцевской теорией неподвижного светового эфира, которая в остальном себя превосходно оправдывает, и экспериментально доказанной независимостью от движения Земли электродинамических и оптических процессов в телах, находящихся на Земле, разрешается тем, что связанный с Землей наблюдатель пользуется другой системой измерения времени, чем наблюдатель, покоящийся в гелиоцентрической системе координат.

Серьезная оценка произведения искусства требует знаний и понимания, на мой взгляд, не меньших, чем оценка работы в области теоретической физики. Сумма эстетических знаний и эмоциональной чуткости и образует то, что принято называть художественным вкусом. Вкус нужно воспитывать, восприятию искусства нужно учиться. Примечательно, что люди, действительно понимающие искусство, работающие в нем профессионально или изучающие его всерьез, обычно Сходятся в своих оценках. При этом подлинный знаток искусства отличает субъективное отношение от объективной оценки. «Можно не любить Александра Бенуа, Петрова-Водкина, Судейки-на или раннего Мейерхольда, но не признавать их заслуг невозможно».

(Еще не оценили)

Загрузка...

Оно почти со всех сторон окружено дорогами, по многим . рекам, впадающим в Байкал, сплавлялся лес, по берегам возведены громадные предприятия, все большие и большие площади земель вовлекаются в сельскохозяйственное производство или лесное хозяйство… Но Байкал должен остаться Байкалом — уникальным озером нашей Планеты. Для этого партия и правительство издали несколько специальных постановлений.

Но дело заключается не только в том, чтобы озеро осталось животворным. Мы должны сохранить для наших потомков не только чистую воду Байкала, но и все уникальные памятники, которые природа тысячелетиями создавала вокруг чудо-озера. А для этого нужно, чтобы каждый человек, живущий на берегах Байкала или приезжающий сюда отдохнуть, сделал все, чтобы не нарушить этот «природный архитектурный ансамбль».

Какое содержание вкладывают в понятие «Памятники природы»? Какие природные образования заслуживают того, чтобы придать им статут памятника и внести в список особо почитаемых и оберегаемых творений природы? Многие Объекты природы хранят память о первозданных ландшафтах, о некогда обитавших на Земле животных и растениях. Они сберегли до наших дней и должны передать тем, кто будет жить на Земле после нас, душу прошлого окружающей их местности. Некоторые из них могут рассказать о важных событиях, связанных с жизнью и деятельностью человека. Памятники природы — это мосты, с помощью которых осуществляется связь не только прошлого с настоящим, но и настоящего с будущим. Опыт развития туризма во всем мире говорит о том, что памятники природы — первостепенной важности ресурсы отдыха и туризма. Привлекательность той или иной местности иногда почти целиком определяется наличием памятников природы. В странах с глубокими традициями туризма они вызывают такое же поклонение, как и наиболее известные творения человеческого духа. Памятники природы стали объектами   пристального   внимания   фотографов. Кедр этот очень стар. Он вырос на вершине скалы-колоколенки севернее бухт Песчаная и Бабушка — в бухте Внучка. Один из ключевых образов Байкала. На всем побережье Байкала я не

увидел  ничего подобного.. Гейзер «Старый Фидель» в Иеллоустонском национальном парке и каньон реки Колорадо в национальном парке Гранд Каньон привлекают не меньше паломников, чем пирамида Хеопса в Египте или храм Василия Блаженного. Восемьдесят два национальных природных монумента, находящихся в ведении Службы национальных парков США, американцы знают не хуже, чем собрание картинной галереи Музея Метрополитен в Нью-Йорке.

Всероссийское общество охраны природы ведет большую работу по выявлению и зачислению на государственную охрану наиболее примечательных природных образований.  Но есть на Земле и такие места, где памятников природы особенно много. Драгоценными творениями природы изобилует озеро Байкал. На его побережье много мысов, скал, бухт, отдельных гор и горных вершин, прибрежных панорам и т. д., которые пользуются громадной популярностью у туристов, широко известны не только у нас, но и во многих других странах. Они стали как бы символами Байкала, его ключевыми образами, не увидев которые ВЫ не можете сказать, что видели И знаете Байкал.

Первопричиной «блуждания» Столбовского острова явились карты Байкала, а вернее слишком доверчивое использование их обозначений без глубокого изучения литературных источников. К сожалению, и современные карты озера грешат небрежным обозначением на местности многих объектов, неверным указанием их размеров и вопиющим искажением географических названий. Любой, даже достаточно крупномасштабной картой приходится пользоваться с большой осторожностью.

Из-за неточного помещения Столбовского острова на ряде карт, а также из-за неправильного их прочтения был введен в заблуждение литератор Н. С. Щукин, в описании которого остров Столбовской стал Столбовым и переместился  со своего

места к противоположному берегу озера между устьем реки Селенги Посольским монастырем. Ошибка вызвала цепную реакцию ошибок, усугубленных А. С. Сгибневым, давшим описание и карту Байкала, на которой «Столбовой» остров был помещен посредине Байкала на широте Истокского сора. Все это и привело крупнейшего в свое время исследователя Байкала Г. Ю. Верещагина к выводу о том, что «полностью срезанным прибоем Байкала, по-видимому, является остров Столбовой, некогда бывший на середине Байкала между Голоустным и Посольском и помеченный на старинных картах, а сейчас след его сохранился лишь в виде мели на этом месте».

Вот как интерпретирует этот факт В. В. Ламакин: «Увидя на карте Сгибнева о. Столбовой посреди Байкала, хотя и значительно севернее по сравнению с местоположением Посольской банки, Верещагин решил совместить сгибневский остров Столбовой в пространстве и во времени с Посольской банкой.

(Еще не оценили)

Загрузка...

Реки не текут вспять. Не возвращается н ушедший в пространство теплород. Отсюда возникает понимание особой роли теплоты среди других форм энергии — ни одна из них не теряется безвозвратно, только теплота! Так Карно впервые сформулировал принцип, которому суждено было стать основополагающим в Науке о теплоте — в термодинамике: тепло самопроизвольно течет только в одном направлении, от горячих тел к холодным. Совершенно непринужденно при этом возникает понимание невозможности создания вечных двигателей. Воду в реке нельзя повернуть вверх по течению, не затратив на это работу?

Не затратив работу, невозможно вернуть для полезной деятельности и теплород. Так Карно путем элементарных

[smszamok]

рассуждений пришел к двум гениальным для его времени результатам. Первый — это принцип, носящий его имя: о естественном течении тепла только от горячего к холодному, но не обратно. И второй результат — формула для определения кпд идеальных тепловых машин. Уподобляя теплород воде, а разность температур на входе и выходе машины — разности уровней воды в водопаде, Карно заключил: как при падении воды работа измеряется произведением веса воды на разность уровней, так и в паровой машине работа измеряется произведением количества теплорода на разность температур.

Теперь ясно — кпд идеальной тепловой машины зависит только от разности температур. И ясен путь увеличения эффективности тепловых машин: ее можно поднять за счет увеличения температуры на входе — температуры пара в котле. Или за счет понижения температуры на выходе. Очень полезно использовать специальные, остужающие пар устройства— холодильники. Если пар на выходе машины не охлаждать, а просто выбрасывать в окружающее пространство, то машина будет малоэффективна. Пример — паровоз, его кпд едва достигает 3—4 процентов. А если температура котла и холодильника одинакова? Паровая машина вообще не будет работать. Как не даст никакой работы водяная мельница, если ее колесо опущено в стоячую воду. Для простоты понимания Карно изложил свои результаты без помощи математики. И хотя они предельно наглядны и просты, все это осталось почтя не замеченным, во всяком случае, не понятым. Карно опередил свое время. В последующие годы Карно продолжал свой великий и скромный труд. Он отказался от гипотезы теплорода, провел новые рассуждения на основе механической теории теплоты и даже довольно точно определил механический эквивалент теплоты. Его результаты были опубликованы в 1878 году при повторном издании «Размышлений»— более чем через сорок лет после смерти автора. А через пятнадцать лет после, смерти Каряо великий Клаузвус, который ввел в науку многозначительное понятие энтропии, добавил свое веское слово к принципу Карно: он выразил его в виде математической формулы и возвел в ранг Второго начала термодинамики: «Теплота не может самопроизвольно перейти от более холодного тела к более теплому».

Наименование «Второе начало термодинамики» было присвоено принципу Карно потому, что за годы, прошедшие между смертью Карно и работой Клаузиуса, было выработано общее понятие «энергия» и окончательно сформулирован закон сохранения энергии, получивший название Первого начала термодинамики. Волнение, которое вызвал постулат Клаузиуса в среде ученых, можно представить себе из того, как переформулировал его Томсон (лорд Кельвин). Он считал необходимым записать Второе начало так: «При посредстве неодушевленного тела невозможно получить механические действия от какой-либо массы вещества путем охлаждения ее температуры ниже температуры самого холодного из окружающих тел». Что же испугало Томсона в принципе Карно, во Втором начале термодинамики? Его испугал вывод о том, что могут существовать условия, при которых невозможно превращение тепла в работу или в другие формы энергии. Ему казалось неприемлемым признание того, что в отличие от других форм энергии теплота обладает особыми свойствами, что какие-то ее количества выпадают из замкнутого круга взаимных превращений, ужасал вывод, неизбежно следовавший из этого. Неизбежный логический вывод, противоречащий всему, что казалось надежно установленным великими предшественниками. Необратимое течение тепловых процессов сулило Вселенной гибель

Шесть долгих лет Томсон изучал проблему, прежде чем решил опубликовать результат. В 1857 году в работе «О всеобщей тенденции в природе к рассеянию механической энергии» он сообщает: принцип Карно верен, и он отражает гибельную тенденцию, властвующую над природой. Все формы энергии в конечном счете переходят в теплоту, температура всех тел стремится к выравниванию за счет охлаждения нагретых тел. Приговор был произнесен. Он потряс я ученых и воображение широкой публики. Мир не будет существовать бесконечно. Он обречен! Клерикалы по-своему утешали обывателя: мир не мог возникнуть без помощи бога, а раз так, то бог нас не оставит. А многие ученые пытались оспорить положение Томсона—Клаузиуса — они искали примеры, противоречащие Второму началу термодинамики. Все возражения были ошибочны, все примеры содержали погрешность.

Физика попала в тупик. Каков же выход? «Современное естествознание вынуждено заимствовать у философии положение о неуничтожаемое движения: без этого положения естествознание уже не может существовать». В этой своей работе Эйнштейн на основе молекулярно-кинетической теории теплоты развил теорию тепловых флуктуации для конкретного случая — хаотических движений малой частицы вещества, взвешенной в жидкости. Ему удалось найти закон случайного диффузионного блуждания частицы и связать среднее ее смещение за какое-то время с экспериментально измеряемыми параметрами жидкости и самой частицы, вследствие чего должно было бы произойти частичное уменьшение массы покоя. Подобные выводы, сделанные на основании теории относительности, в то время, то есть 70 лет назад, и еще много лет после этого многим казались совершенно невероятными, нереальными. Казались не более чем упражнениями теоретика. Однако именно эти выводы спустя несколько десятков лет воплотились в ядерные реакторы, ядерное и термоядерное оружие, атомную энергетику и в создаваемые ныне экспериментальные термоядерные реакторы.

Не следует, конечно, думать, что все это само собой следовало из простого соотношения Е = тс2. Совсем нет. Это соотношение только говорит о том, что масса эквивалентна энергии, но не говорит о том, как преобразовать массу в энергию я тем более в полезную энергию. Но логика развития науки такова, что правильно понятый фрагмент картины мира почти всегда открывает перед человеком новые интересные практические возможности. Вот так и выводы Эйнштейна о взаимосвязи массы и энергии, их приложение к проблемам ядерной физики привели к открытию конкретных путей использования энергии ядерных реакций.

Почти все, что связано с реальным открытием для человечества нового источника энергии, почти все это происходило в самые последние десятилетия, привлекало пристальное внимание многих наших современников, и поэтому хотелось бы несколько более подробно остановиться на данном примере преодоления трудного пути от идеи теоретика до действующих промышленных сооружений. Начнем с напоминания о том, что ядро каждого элемента (точнее, каждого его изотопа) таблицы Менделеева имеет определенную массу покоя. Значения масс покоя найдены путем точного измерения параметров траектории движения ядра в электрическом И магнитном полях. Зная массу ядра, можно согласно уравнению Эйнштейна вычислить содержащуюся в нем энергию. Каждое ядро состоит из строго определенного числа нуклонов (протонов и нейтронов), свободные нуклоны тоже имеют строго определенную массу покоя и, следовательно, опять-таки строго определенный запас энергии: масса протона Ма = 1,6726 • 10-24г = = 938,26 МэВ; масса нейтрона Мп — = 1,6749 -1024г — 939,55 МэВ. Разумеется, согласно закону сохранения энергии должен быть справедлив следующий ее баланс:

масса (энергия) ядра = масса (энергия) всех нуклонов минус энергия (масса) связи нуклонов в ядре. Энергия связи нуклонов в раз та энергия, которую нужно чтобы разделить ядро на отделы.

Для получения свободной энергии можно использовать разницу энергии связи между нуклонами или, что то же самое, превращать в свободную энергию ту разницу массы.

[/smszamok]

А. Эйнштейн сам был автором большого числа изобретений в разных областях техники. На снимках титульные листы описания двух патентов, полученных А. Эйнштейном совместно с Л. Сциллардом, В конце двадцатых годов (1927 — 1930) ими были запатентованы три типа холодильных машин, насосы для холодильных машин, устройство с циркуляцией жидкого металла, предназначенное, в частности, для сжижения газов и паров в холодильной машине (оно нашло применение и в атомной технике), компрессор, электромагнитное устройство для генерирования колебательных движений; совместно с Рудольфом Гольдшмитом запатентовано устройство для передачи звука, использующее явление магнитострикции (работа над ним, кстати, дала Эйнштейну повод к написанию стихов: «я понял, что мыслителю порой немного техники  несет отраду и  покой,.,»).

(Еще не оценили)

Загрузка...

С механическими колебаниями разной частоты приходится встречаться повсюду, вибрации подвержены все предметы. Не составляет исключения и тело человека. Давно известно, что при долгой работе на постоянно колеблющихся и трясущихся станках, машинах, стендах в организме могут возникнуть различные нарушения. Слабость, болезненные ощущения в руках и ногах, расстройство сна, головные боли и даже судороги — это симптомы так называемой вибрационной болезни. Чтобы избавиться от пагубных последствий тряски, инженерам и конструкторам приходится идти на всевозможные ухищрения — ставить прокладки, амортизаторы и т. д. Но оказалось, что в некоторых случаях вибрация не только безопасна, но и полезна для человеческого организма.

Большой интерес в этом смысле представляют работы специалистов научно-исследовательского сектора (НИС) «Вибротехника». Ского политехнического института. В этом научно-исследовательском учреждении, ведущем в стране по проблемам вибрации, помимо чисто технических, удается решать и прикладные медицинские задачи. Расскажем о некоторых из них. Во время исследований системы «человек — виброакустическое поле — технический объект» было установлено, что человеческое тело не только само воспринимает вибрацию и шум, но как бы накапливает их, в свою очередь, излучает. Ученые разработали систему регистрации и анализа виброакустических характеристик мышечной ткани. Оказалось, что они меняются в зависимости от состояния организма. Иными словами, мышечный тонус, улавливаемый чуткими приборами, у здорового и больного человека неодинаков. Так, например, при поражении периферической нервной системы основные резонансные характеристики на конечностях уменьшаются: на ногах — с 32 до 16 герц, на руках — с 72 до 52 герц. Показательно, что жалобы таких больных и традиционные врачебные обследования, как правило, подтверждают «вибродиагноз».

Измерение собственных колебаний и шума мускулатуры дает в руки врачей еще один метод диагностики. С его помощью в будущем можно будет определять состояние всего организма и отдельных его частей — например, исследовать функцию сердечной мышцы, голосовых связок, динамику нервных процессов. Помогает вибрация и в снятии усталости. Главное — точно подобрать частоты и верно дозировать продолжительность воздействия колебаний. Литовские инженеры вместе с медиками создали для этого конструкцию аиброплатформы, Широкая  массизная плита, укрепленная на специальна я пружинах — амортизаторах давление, повь -сившееся в результате переутомлена* быстро приходит к норме. Еще одна оригинальная конструкция, родившаяся в стенах каунасской «Вибротехники»,— виброкровать Это простое в общем-то устройство призвано облегчить жизнь больных с застойными явлениями в легких, в первую очередь при бронхиальной астме. В течение ! 12 минут клетка подвергается вибрации с частотой в 30—45 герц. Всего за несколько сеансов, как правило, удается очищать легкие и добиваться  значительного   улучшения.

Вибрационный принцип позволил также усовершенствовать традиционный метод бужирования . Вибробужирование, сочетающее механические усилия с колебаниями, позволяет улучшить проходимость пищевода. Процедура становится более простой для врача и менее  неприятной для  больного. Нашел применение в биологии и медицине и пьезокерамический вибродвигатель. Это устройство позволяет с особой точностью регулировать частоту вращения и скорость; оно компактно, так как отсутствуют обычные для электродвигателя передаточные звенья. На базе высокочастотных виброприводов созданы прецизионные (сверхточные) манипуляторы. Они способны перемещать исследуемый под микроскопом предмет с шагом в одну десятимиллионную долю миллиметра. Можно манипулировать с жизой клеткой — поворачивать ее разными сторонами, вводить в нее электрод. Конструкция вибро-манипулятора допускает подключение его к ЭВМ. Управление компьютером во много раз повышает точность исследований, столь необходимых сегодня в молекулярной био. логии и других научных дисциплинах.

Достоинство разработанного в Каунасе дозатора — распылителя жидкости — способность точно и плавно регулировать количество мелкодисперсного вещества — можно использовать и в климатических установках для поддержания необходимого уровня влажности, и для экспериментального выращивания растений методом аэропони-ки (го есть в воздушной среде), и в медицине для строго дозированного введения лекарств. В основе этого прибора все те же силы либрации.

(Еще не оценили)

Загрузка...

Дело не только в многоструйности Гольфстрима. Само его «русло» образует весьма причудливые извивы в петли (меандры) размерами от 100 до 400 километров в поперечнике. Они существуют десятками суток, медленно перемещаясь вдоль «русла». Нередко они закручиваются до такой степени, что отрываются от основного течения и начинают самостоятельную жизнь в океане, которая может длиться месяцы и годы. Подобные вихри образуются также в Куросио и других так называемых фронтальных течениях, то есть разделяющих крупные круговороты.

А в 1970 году океанологи обнаружили такие вихри и в открытом океане. Тогда в Атлантике провели эксперимент, который известен под названием «Полигон-70». В зоне Северного Пассатного течения выбрали квадрат (полигон) со стороной 200 километров, поставили в нем «крестом» 17 буйковых автономных станций, и они 6 месяцев непрерывно регистрировали различные характеристики течения. Результатом было поразительное открытие: оказалось, что течения как устойчивого, «целеустремленного» движения воды существует,— его направление на всех горизонтах и во всех точках измерений периодически меняется, причем без малейшего намека на какую-либо систему. Иными словами, вместо струи обнаружили цепь вихрей диаметром до 200 километров, которые вращаются каждый сам по себе, но все вместе все-таки смещаются на запад, образуя то, что принято называть Северным Пассатным течением. Эти вихри мельче тех, что образуют фронтальные течения, и живут меньше, во зато они не одиночки, а движутся, как говорят специалисты,  «в плотной упаковке». Подобные вихри обнаружены и в других океанах, и это, похоже, весьма характерная черта океанских течений. И очень важная для понимания динамики океана и его взаимодействия с атмосферой, ибо эти вихри переносят огромные массы воды и тепла.

Еще в очень давние времена моряки заметили, что суда, возвращающиеся из Америки в Европу, попадают в попутное течение, что позволяет обратный путь проделать быстрее. Так было впервые открыто течение, которое сейчас называют Гольфстримом. Те, кому доводилось попасть точно на границу этого мощного потока, замечали что он течет, подобно голубой реке среди зеленых волн океана. Появились карты, нз которых Гольфстрим изображался в виде гигантской реки, соединяющей Америку с Европой. Позднее, в результате систематических исследований, это первое и довольно примитивное представление сильно изменилось. Все это очень похоже на атмосферные процессы. Иными слова ми, как заметил директор Института океанологии имени П. П. Ширшова член-корреспондент АН А. С. Монин, «и океане есть погода, я для целей судовождении и рыболовства надо учиться ее предсказывать». Каковы   же   причины,  вызывающие эту бесконечную океанскую круговерть? Прежде   всего,  конечно,  ветер,  и первый ТОУ-пример — пассатные течения.  Затем давление воды, которое зависит от ее плотное а та, в свою    очередь,    от температуры солености.   Как известно,    холодная    вода плотнее теплой,  соленая плотнее  пресной. В более плотных слоях давление   выше, жидкость всегда перемещается от больше  давления к меньшему. Воздействуют    на движение     океане вод и климатические факторы. К ним относятся  испарение,  которое увеличивает леность   морской воды, и осадки (в море также  и речной сток), которые ее уме шают. Сюда включают также    и неравномерность  нагрева  водной поверхности нечетными   лучами.

Но дело не только в многоструйности Гольфстрима. Само его «русло» образует весьма причудливые извивы и петли (меандры) размерами от 100 до 400 километров в поперечнике. Они существуют десятками суток, медленно перемещаясь вдоль «русла». Нередко они закручиваются до такой степени, что отрываются от основного течения и начинают самостоятельную жизнь в океане, которая может длиться месяцы и годы. Подобные вихри образуются также в Куросио и других так называемых фронтальных течениях, то есть разделяющих крупные круговороты. А в 1970 году сокеанологи обнаружили такие вихри и в открытом океане. Тогда в Атлантике провели эксперимент, который известен под названием «Полигон-70». В зоне Северного Пассатного течения выбрали квадрат (политой) со стороной 200 километров, поставили в нем «крестом» 17 буйковых автономных станций, и они 6 месяцев непрерывно регистрировали различные характеристики течения. Результатом было поразительное открытие: оказалось, что течения как устойчивого, «целеустремленного» движения вод не существует,— его направление на всех горизонтах  во всех точках измерений периодически меняется, причем без малейшего намека на какую-либо систему. Иными словами, вместо струи обнаружили цепь вихрей диаметром до 200 километров, которые вращаются каждый сам по себе, но все вместе все-таки смещаются на запад, образуя то, что принято называть Северным Пассатным течением.

Эти вихри мельче тех, что образуют фронтальные течения, и живут меньше, но зато они не одиночки, а движутся, как говорят специалисты,  «в плотной упаковке». Подобные вихри обнаружены и в других океанах, и это, похоже, весьма характерная черта океанских течений. Еще в очень давние времена моряки заметили, что суда, возвращающиеся из Америки в Европу, попадают в попутное течение, что позволяет обратный путь проделать быстрее. Так было впервые открыто течение, которое сейчас называют Гольфстримом. Те, кому доводилось попасть точно на границу этого мощного потока, замечали, что он течет, подобно голубой реке среди зеленых волн океана. Появились карты, на которых Гольфстрим изображался в виде гигантской реки, соединяющей Америку с Европой. Позднее, в результате систематических исследований, это первое и довольно примитивное представление сильно изменилось.

Каковы же причины, вызывающие эту бесконечную океанскую круговерть? Прежде всего, конечно, ветер, и первый тому пример — пассатные течения. Затем давление воды, которое зависит от ее плотности, а та, в свою очередь, от температуры и солености. Как известно, холодная вода плотнее теплой, соленая плотнее пресной. В более плотных слоях давление выше, и жидкость всегда перемещается от большего давления к меньшему. Воздействуют на движение океанских вод и климатические факторы. К ним относятся испарение, которое увеличивает соленость морской воды, и осадки (в морях также и речной сток), которые ее уменьшают. Сюда включают также и неравномерность нагрева водной поверхности солнечными лучами. У полюсов вода, естественно, холоднее и более плотная, поэтом она там опускается вниз и вытесняет придонные слои по направлению к экватору. Но у экватора вода тоже опускается вниз, так как из-за большого испарения она солонеет и тяжелеет.

(Еще не оценили)

Загрузка...

Тем временем, несмотря на огромную трудность целенаправленного синтеза новых соединений с заданными свойствами, усугубляемую еще необычными для химиков особыми требованиями к чистоте вещества и другими причинами, не в последнюю очередь чисто психологического рода, несмотря на все это, класс хорошо проводящих ион-радикальных солей постепенно расширялся. Свой вклад в приумножение их числа внесли ряд зарубежных исследовательских групп, начавших активно работать в новой области. Стало понятно, что это все-таки металлы, но металлы необычные, и их особые свойства проистекают из их квазиодномерной структуры.

Особенное впечатление произвела работа доктора Р. Комеса из Парижского университета. В  1974 году он исследовал

[smszamok]

ион-радитема Типичная структура ион-радикальной соли на основе   тетрацианохинодиметана. Обнаружилось, что утрата металлических свойств при понижении температуры сопровождается точно таким изменением кристаллической структуры, которое было предсказано английским теоретиком Р. Пайерлсом в 1955 году, когда еще не было ни одного квазиодномерного металла. Предсказание, сделанное «на кончике пера», сбылось через двадцать лет. Ион-радикальная соль ТТР — ТСЫО, была незадолго до того синтезирована в США, и с ней связывали большие надежды на получение сверхпроводимости. Кто-то даже сочинил такой стишок:

• Как найдем сверхпроводимость,
• Вот уж выпьем коньяку!
• Но в этот раз с коньяком пришлось подождать.

К 1975 году стало совершенно ясно, что квазиодномерность не только не помогает возникновению сверхпроводимости, как на то надеялись, а мешает. До сверхпроводимости дело просто не доходило. Квазиодномерные металлы использовали любую возможность, чтобы при охлаждении стать диэлектриками. Диэлектриками, правда, тоже не совсем обычными, и, может быть, их необычные свойства еще найдут себе применение. Но цель-то состояла в том, чтобы добиться сверхпроводимости! Поэтому от одномерности нужно было уходить.Нужно было уменьшить у испытываемых кристаллов различие свойств по разным направлениям, уменьшить анизотропию, как говорят специалисты, сделать кристаллы более изотропными. Наверное, было бы очень хорошо найти другой класс органических соединений, столь же электропроводящих, как и ион-радикальные соли, но не столь анизотропных. Такие попытки все время делались и делаются, но пока не привели к особенным успехам. Поэтому оставалось использовать все способы, чтобы уменьшить огромную анизотропию   кристаллов    ион-радикальных   солей. Можно представить себе два таких способа. Один — химический. Он состоит в том, чтобы вводить в состав ион-радикальных молекул все более тяжелые атомы (тогда молекулы будут ближе друг к другу) или специальные функциональные группы с целью облегчить электронам переход с одной стопки на другую и тем самым увеличить проводимость кристаллов в поперечных направлениях. (Например, в молекуле ТТТ, представленной   в   заголовке   этой   главы, можно заменить атомы серы на более массивные атомы ее соседей по периодической системе — селена или теллура.)

Органическая химия предоставляет в этом направлении замечательные возможности. Химик-синтетик манипулирует бензольными кольцами, метильными группами, двойными связями и тому подобными «деталями» примерно так же, как специалист по электронике— микросхемами и транзисторами, конденсаторами и сопротивлениями. В результате и тот и другой создают все более полезные конструкции. Другой способ — физический. Он заключается в том, чтобы подвергнуть вещество действию большого давления, сжать его. При этом все молекулы сблизятся друг с другом. В том направлении, в котором вещество проводило ток ранее, его проводимость почти не изменится, останется столь же хорошей. А проводимость в поперечных направлениях может улучшиться радикально. В результате вещество, как говорят, изо-тропизуется.

Оба этих подхода как порознь, так и в комбинации друг с другом стали все шире применяться начиная с 1975 года и привели наконец к желаемому результату. В 1977 году в Ногинском научном центре было обнаружено, что синтезированная А. И. Кото-вым, М. Л. Хидекелем и Э. Б. Ягубским ион-радикальная соль (Т5еТ)2С1 (хлоридтет-раселенотетрацена) уже не становится при охлаждении полным диэлектриком. В районе 20 К она испытывает фазовый переход, превращаясь в вещество с металлической, хотя и худшей, проводимостью. Через год выяснилось, что этот переход можно подавить, если сжать кристаллы давлением выше 4,5 килобар (1 килобар = 1000 атмосфер). Видно, что она содержит в своем составе четыре больших атома селена, специально введенных для улучшения проводимости в направлениях, перпендикулярных к направлению стопок.

Таким образом, хлорид тетраселенотетра-цена с составом (Т5еТ)2С1 оказался первой ион-радикальной солью, остающейся в металлическом состоянии во всей температурной области своего существования. Нужно подчеркнуть: хотя исследователи упорно стремились’к этому результату, стопроцентной гарантии успеха не существовало. Большинство органических молекул «от природы» столь анизотропны, что было неясно, удастся ли вообще перебороть их склонность к образованию квазиодномерных кристаллов.

Проводимость названного хлорида в металлической фазе, существующей при высоком давлении, изучалась до очень низких температур: была стойкая надежда обнаружить у него переход в сверхпроводящее состояние. Эта надежда не оправдалась. Он упорно оставался нормальным несверхпроводящим металлом. Но было ясно, что органическая сверхпроводимость уже не за горами. Металлам свойственно становиться сверхпроводниками, И раз существуют настоящие органические металлы, будут и органические сверхпроводники. Так оно вскоре и оказалось.

В 1979 году доктор К. Бевгард из Института имени Эрстеда в Копенгагене синтезировал очередную хорошо проводящую иои-падикадьную соль с составом (ТМТ5еТ)2РР6. Соединение, чья формула заключена в скобки,— это теграметилтетра-селенофульвален. Его молекула представлена графическим эпиграфом к этой главе. Новое соединение представляет собой производное молекулы ТТР (ее формула фигурировала в качестве эпиграфа к одной из прежних глав). Сравнение обеих молекул наглядно выявляет детали химического способа борьбы с квазиодномерностью. Мы видим, что четыре !атома серы ч молекуле ТТР заменены уже знакомыми нам атомами селена, призванными увеличить размеры молекулы в поперечном направлении. Кроме того, с двух концов к. стову молекулы присажены по две метильных группы СН3. Водородные атомы метильных групп торчат во все стороны и мешают молекулам ТМТ&еР слишком тесно упаковываться в стопки. Тем самым проводимость вдоль стопок немного портится.

Эти меры сработали, и при охлаждении соль ТМТЗеРЬРРб «сопротивлялась» переходу в диэлектрическое состояние рекордно долго —до 13,5 К.  Следующий шаг был сделан снова в Черноголовке. В течение 1983—1984 годов Э. Б. Ягубский с сотрудниками синтезировал серию ион-радикальных солей (назвать их солями Ягубского, что ли?), среди которых оказалось несколько сверхпроводников с температурами перехода 1,5 и 2,5 К, 3,3 и 7 К. И все при нормальном давлении! Без всяких предосторожностей!

Все эти соли являются иодидами довольно сложной органической молекулы ВЕОТ— ТТР (бис/этилендитио/тетратиофульвален). Они отличаются друг от друга содержанием йода.

Строение молекулы ВЕОТ —ТТР, как и раньше, показано на рисунке, предваряющем текст главы. В ее составе нет атомов селена, так хорошо зарекомендовавших себя раньше. Но зато она содержит восемь атомов серы. В сочетании с группами СНг по краям этого оказывается достаточным, чтобы практически полностью ликвидировать тенденцию к одномерности.

История с иодидами ВЕОТ — ТТР вполне могла бы послужить сюжетом для рождественского рассказа на тему о торжестве терпеливости и трудолюбия. Дело в том, что сама молекула ВЕОТ— ТТР была синтезирована еще в 1978 году группой американских ученых из Пенсильванского университета, которые получили также ее соль с известной нам молекулой ТСЫ(Э. (В те времена большинство считало, что присутствие молекулы ТСЫС} в ион-радикальной соли почти обязательно. Это уже потом, под влиянием работ, проведенных в Ногинском научном центре, от «услуг» ТСЫО. стали постепенно отказываться.) Эта соль ничем интересным себя не проявила, и про ВЕОТ — ТТР забыли. О ней вспомнили снова примерно в 1982 году, в звездный час бекгардовских солей, практически одновременно в Японии, США, ФРГ и СССР. Чуть раньше это сделали японцы. В 1982 году они получили две соли ВЕОТ — ТТР… с какими анионами, как вы думаете? Конечно, с теми, что принесли успех Бекгарду,—с РР6 и С1С>4~. Но ничего хорошего на этот раз не получилось, японцы опубликовали свои результаты и успокоились. Чуть удачливей оказались американцы. Они воспроизвели японские результаты, а потом (ох как трудно сделать шаг в неведомое!) взяли еще один «бекгардовский» анион — Ке04- и в 1983 году сообщили о получении соли (ВЕОТ— ТТР)2КеО,1, которая повела себя как типичная бекгардов-ская соль. Она аказалась сверхпроводящей при давлениях выше 6 килобар и температуре 1,5 К.

Как выяснилось позже, курсом, параллельным курсу советской группы, шла группа в ФРГ. Там тоже пытались соединить ВЕОТ — ТТР с йодом. Этой группе удалось получить один из йодидов ВЕОТ— ТТР, но, к несчастью, как раз тот, который при охлаждении ниже 137 К скачком ди-электризуется. (Существует и такой в богатой коллекции «солей Ягубского».) До сверхпроводящих йодидов исследователи из ФРГ самостоятельно так и не дошли ни в 1983 году, ни в 1984-м.

[/smszamok]

Точки этого графина отмечают температуры сверхпроводящего перехода, зарегистрированные в соответствующие годы у неметаллических сверхпроводников указанного состава. в Черноголовке спокойно и тщательно разобрались в запутанной ситуации и сумели выделить соединения с рекордными на сегодняшний день для органических веществ сверхпроводящими характеристиками. Но, честное слово, было бы несправедливо, если бы вышло иначе.

(Еще не оценили)

Загрузка...

Так называется открытое в 1911 году нидерландским физиком Г. Каммерлииг-Оииесом свойство металлов скачком терять сопротивление электрическому току при охлаждении их ниже некоторой определенной для каждого металла температуры перехода. Сегодня сверхпроводимость находит все более широкое и успешное применение. Известны сверхпроводящие магниты, различные измерительные приборы, сверхвысокочастотные резонаторы, элементы памяти вычислительных машин. Сверхпроводимость позволила этим устройствам достичь таких показателей, которые без нее, пожалуй, были бы немыслимы. Одно плохо: используемые ныне на практике сверхпроводящие сплавы имеют, как правило, температуру перехода всего на десяток градусов выше абсолютного нуля. Чтобы достичь столь глубокого охлаждения, требуются сложное оборудование и немалые энергетические затраты.

Задумывались ли вы, что было бы с электротехникой, если бы не существовало ферромагнитных материалов? Тех, из которых

[smszamok]

делаются сердечники электромагнитов, обретающие благодаря такой детали способность концентрировать магнитные силовые линии и тем самым во много раз увеличивать индукцию магнитного поля? Наверное, в принципе, мало что изменилось бы: были бы и двигатели, и генераторы, и трансформаторы… Но как сильно возросли бы размеры электрических машин я потери энергии! Насколько труднее давался бы каждый киловатт! А ведь то, что железо, кобальт и многие их сплавы являются ферромагнетиками при обычных температурах, в значительной степени случайно. Это подарок природы. Нагрейте их на несколько сот градусов, и все их ферромагнитные свойства пропадут. Между тем вполне могло бы случиться, что подобная потеря наступала бы уже при 0вС, или при —10° С, или при еще более низких температурах. И тогда нам пришлось бы решать, что выгоднее: охлаждать.

Явление сверхпроводимости во многом сходно с явлением ферромагнетизма. И то и другое возникает при понижении температуры ниже определенного предела из-за взаимодействия электронов между собой. Только вот температуры сверхпроводящего перехода очень низки. Природа почему-то не подарила нам веществ, которые обладали бы сверхпроводимостью при нормальных температурах. Поэтому можно лишь мечтать, что было бы тогда… Эти мечты необычайно заманчивы. Сверхпроводящая электротехника отличалась бы от нашей несверхгароводящей еще разительней, чем электротехника, так сказать, ферромагнитная отличается от гипотетической электротехники без ферромагнитных материалов. Исчезли . бы потери электроэнергии. При тех же мощностях электрических машин существенно уменьшились бы их габариты. Наконец, перед конструкторами таких машин открылись бы совершенно новые возможности.

Какие же факторы определяют температуру сверхпроводящего перехода? И что ограничивает ее величину? На этот вопрос долго не   было   никакого   ответа.   В   1957   году Дж. Бардин, Л. Купер и Дж. Шриффер в США и Н. Н. Боголюбов создали микроскопическую теорию сверхпроводимости. Появилась возможность научной трактовки вопроса. Правда, теоретическая физика твердого тела пока очень плохо приспособлена для того, чтобы на запросы практиков выдавать конкретные числа. Еще немыслима такая картина: берем вещество, смотрим, из каких атомов оно состоит, запускаем всю эту информацию в мощную ЭВМ и получаем в ответ температуру перехода. Слишком сложен этот объект исследования, твердое тело, слишком малы еще вычислительные   возможности современных   ЭВМ. Тем не менее оценки делать можно, и оценка максимально возможной температуры сверхпроводящего перехода в обычных металлах и сплавах существует: что-то около 30—40 градусов выше абсолютного нуля. Но насколько верна эта оценка? Насколько она точна?

В доказательство ее реальности академик В. Л. Гинзбург как-то раз нарисовал полушутливый график. По его горизонтальной оси отложены годы. Крайней левой отметке соответствует 1911 год. Тогда Г. Каммерлинг-Оннес начал исследовать проводимость различных материалов при температурах, близких к абсолютному нулю. Вертикальная ось графика представляет собою шкалу абсолютных температур. Отсчитываемые от абсолютного нуля, они измеряются в тех же градусах, что и по шкале Цельсия, но отмечаются буквой К. (Напомним, что ОК = —273,15° С; привычный кружок перед буквой К не ставится.) Охладив ртуть до температуры 4,1 К, Каммерлинг-Оннес обнаружил, что сопротивление металла скачком упало до нуля. Наблюдавшаяся в этом первом эксперименте способность проводников не оказывать сопротивления электрическому току и была названа сверхпроводимостью.

Вслед за ртутью физики стали испытывать на сверхпроводимость другие металлы. Многие из них при температурах более или менее близких к абсолютному нулю утрачивали сопротивление — совершали, как говорят физики, сверхпроводящий переход. Интересно было выяснить: у кого из них температура перехода выше? В 1913 году рекордный результат показал свинец: 7,2 К. Семнадцать лет спустя его рекорд был побит ниобием: 9,3 К. Участниками состязания по сверхпроводимости тем временем стали сплавы метал-лов и их соединения. Новый рекорд в 1954 году отошел к соединению Ниобия и олова (18,1 К), а еще два десятилетия спустя, в 1973 году,— к соединению ниобия и германия (около 23 К).

Итак, тридцать градусов… Много это или мало? И сколько их нужно для полного счастья? В отличие от Шуры Балаганова, который в ответ на аналогичный . вопрос Остапа Бендера назвал число с точностью до одной копейки, мы будем менее категоричны.

Чтобы полностью использовались возможности конкретного сверхпроводника, он должен работать при температурах, примерно вдвое меньших температуры его перехода. Применяемые сейчас технические сверхпроводящие материалы имеют температуры перехода от 10 до 18 К. Это значит, что их нужно охлаждать жидким гелием, чья температура кипения при нормальном давлении составляет 4,2 К. Но жидкий гелий — очень неэффективный и не очень удобный хладагент: слишком невелика у него теплота испарения, и потому нужна очень тщательная теплоизоляция, чтобы он подольше оставался жидкостью. К тому же он редок и недешевый. Чтобы использовать в качестве хладагента жидкий водород, температура кипения которого при нормальном давлении около 20 К, а теплота испарения существенно выше, чем у гелия, нужно иметь сверхпроводники с температурами перехода в районе 30—40 К. Однако жидкий водород сильно взрывоопасен. Лучше подошел бы тут жидкий азот, который сейчас широко используется во многих лабораториях. У него температура кипения около 78 К — стало быть, в его окружении могут работать сверхпроводники с температурами перехода выше 100 К- Если бы такие удалось создать, легко представить, какое широкое распространение они бы получили.

Но поистине огромным достижением было бы создание вещества, сверхпроводящего при комнатной температуре. Тогда сверхпроводимость стала бы бесплатной. Каждая из точек, нанесенных на этот график и соединенных плавной кривой, означает: на соединении данного состава в данном году была зарегистрирована данная температура сверхпроводящего перехода, рекордная для своего времени. Возможно ли такое? И что нужно делать для достижения заманчивой цели? Где следует искать высокотемпературную сверхпроводимость? Такие корифеи сверхлроводникового материаловедения, как член-корреспондент АН Н. Е. Алексеевский и ныне покойный американский профессор Б. Маттиас, годами нащупывали эмпирические правила и закономерности и шли одним им ведомыми путями от одного сплава к другому, добиваясь все более высоких температур перехода. Но эти пути, похоже, уже привели на вершину, и выше этой вершины поблизости ничего не видно.

После того как в 1957 году появилась микроскопическая теория сверхпроводимости, физики, работавшие в этой области, некоторое время находились в состоянии растерянности. Великая загадка, над решением которой они бились столько лет, была разгадана, и казалось, что делать тут уже нечего. О технических приложениях сверхпроводимости тогда серьезно еще никто не думал. Считалось, что это практически невозможно. Но как сильно изменилась ситуация уже через несколько лет! Оказалось, что есть еще уйма работы и теоретикам, и экспериментаторам, и технологам, и изобретателям.

Знаменательным в этом отношении был 1964 год. Им принято отмечать начало целенаправленного подхода к проблеме высокотемпературной сверхпроводимости. К этому году постепенно укрепилось понимание того, что традиционный путь практически исчерпан и решение — разумеется, если оно возможно! — нужно искать на пути создания принципиально новых материалов. А главное — в этом году была высказана первая «сумасшедшая» идея. Потом были другие идеи, может быть, даже более обоснованные — во всяком случае, воспринимавшиеся более спокойно. Но первая произвела впечатление разорвавшейся бомбы. Тем более что высказавший ее профессор У. Литтл из Стэнфордского университета (США) придал своему выступлению не совсем обычную для научных публикаций эмоционально окрашенную форму. Если барьер (ДЛЯ температуры перехода.— И. Щ.) и существует, писал Литтл, то создан он не природой, а нами, ее исследователями. Этим барьером является недостаток творческого воображения.

Что же предлагалось? В обычных сверхпроводниках взаимодействие между электронами, ответственное за переход в сверхпроводящее состояние, передается через ионный остов кристаллической решетки. Чем тяжелее ион, тем труднее его раскачать, по-этому тем хуже взаимодействуют электроны, тем ниже температура перехода. Особенно наглядно это проявляется в так называемом изотопическом эффекте: температура перехода различных изотопов одного и того же металла тем ниже, чем тяжелее изотоп.

Так вот, предложение У. Литтла состояло в том, чтобы устроить передачу взаимодействия между электронами проводимости не за счет ионов решетки, а за счет других электронов, специально приспособленных для этой цели. Электрон в сотяи тысяч раз легче большинства ионов, гораздо податливей на раскачку. Поэтому, если такая замена удастся, это сулит резкий подъем температуры сверхпроводящего перехода.

Электроны-посредники должны быть пространственно отделены от электронов проводимости. Для этой пелн В. Л. Гинзбург предложил использовать «сандвичи» из чередующихся слоев металла в полупроводника толщиной в несколько атомных слоев. У. Литтл «сконструировал» линейную полимерную молекулу-цепочку, вдоль которой пустил бегать электроны проводимости; электроны-посредники он поместил в боковых молекулярных груввах, а этаких отростках, привешенных к «почке. Литтл произвел несложные вычисления получил для температуры перехода своего полимера в сверхпроводящее составив величину 2000 К. Горячие головы заговорили о близкой эпохе жаропрочных сверхпроводников. Было ясно, во-первых, что полимерная органическая молекула Лвтила более соответствует профилю я возможностям института, чем тонкопленочные «сандвичи Гинзбурга». Но подсоединять электрические контакты к одной-единственной молекуле никто еще не научился. Начинать же сразу работать с перепутанным клубком молекул часто неодинакового состава н строения, которым обычно является кусок любого полимера, было бы чистым безумием. В случае неудачи (а на начальном этапе неудача гарантировалась многими участниками теоретической дискуссии) разобраться в ее причинах и вообще в том, что происходит, было бы невозможно.

Поэтому было решено попробовать на роль веществ с двумя пространственно разделенными системами электронов незадолго до того синтезированные органические ион-радикальные соли тетрац’ианох’инодиметана. Это название специалисты кодируют сочетанием четырех букв: ТСЫО. Итак, все качалось с ион-радикальных солей ТСЫСЭ. Что это за соединения? Возьмем воем известную соль ЫаС1. Когда она образуется, один электрон натрия уходит к хлору, и получается вещество, состоящее «з катионов Иа+ и анионов С1-. Точно так же к молекуле ТСЫСЗ может перейти один электрон, например, от калия. Тогда образуется ион-радикальная соль, состоящая из катионов К+ и анион-радикалов ТСЫ<3. (Анион-радикал отличается от просто аниона тем, что содержит нечетное число электронов. Это обстоятельство иногда отмечают точкой справа вверху над символом молекулы.) В отличие от сферически-симметричных ионов Ш+ и С1~, образующих кубическую решетку поваренной соли, большие и плоские анион-радикалы ТСЫО, иначе формируют кристаллическую структуру. Решетка возникающих при этом кристаллов составлена из простирающихся вдоль одного направления стопок, в каждой из которых ионы располагаются подобно позвонкам в позвоночнике. Параллельными стопками выстраиваются в таком кристалле и катионы. Большинство ион-радикальных солей ТСИО, как и поваренная соль, не проводит электричества совсем или проводит очень плохо. Вообще говоря, в каждом веществе обязательно имеются свободные электроны, но существует много причин, которые препятствуют им переносить электрический ток и делают вещество диэлектриком. В случае солей ТСИСЭ главную роль играет взаимное отталкивание электронов: когда на каждой молекуле ТСЫО в стопке сидит один электрон, перешедший сюда с катиона, они не дают друг другу двигаться.

Но если удается сделать так, чтобы молекул ТСИС? в соли было больше, чем катионов, или так, чтобы при равном их числе электроны отдавали молекулам ТСЫ<3 только часть катионов, тогда вдоль стопок возникает электрическая проводимость. А в поперечных направлениях молекулы-позвонки из разных стопок сидят так далеко друг от друга, что никакой проводимости не получается.

Таким образам, образуются, как говорят, квазиодномериые проводящие цепочки. Электрический ток может протекать по ним практически в одном направлении, как и в гипотетической полимерной молекуле Литтла. Электроны-посредники поставляются катионными стопками. Таков был замысел. Нужно было приступать к делу.

Направленный синтез подобных органических соединений, так же как получение из них монокристаллов,— нелегкая проблема. За ее решение взялись доктор химических наук М. Л. Хидекель и замечательный энтузиаст кандидат химических наук Э. Б. Ягубский из Ногинского научного центра, доктор химических наук О. Я- Нейланд из Рижского политехнического института и многие их сотрудники. Синтезированные кристаллы, хрупкие и маленькие (их длина часто не превосходит миллиметра, а толщина — десятка микрометров), нужно было исследовать разнообразными методами. Кандидат физико-математических наук Л. И. Буравов первым научился приспосабливать к ним надежные электрические контакты, а кандидат физико-математических наук В. Н. Лаухин — подвергать действию больших давлений так, чтобы они не растрескивались. Кандидаты физико-математических наук Р. Б. Любовский и А. В. Зварыкина подробно изучали их магнитные свойства, а доктор физико-математических наук Р. П. Шибаева и кандидат физико-математических наук В. Ф. Каминский стали виртуозами в расшифровке их очень непростых кристаллических структур.

[/smszamok]

Первые же измерения показали, что сверхпроводимостью в солях ТСЫ<3 с различными катионами вовсе и не пахнет. Вот вам и 2000 К! И даже проводниками эти соли были довольно странными: то ли они металлы, то ли нет, сразу не скажешь. У металлов сопротивление должно падать пр« понижении температуры. И у этих падало, когда их начинали охлаждать ниже комнатной температуры. Но только до определен-, ной температуры. А при дальнейшем охлаждении начинало возрастать. Так иногда ведут себя сильно легированные полупроводники, но у тех совсем другие магнитные свойства! Опять непонятно. И так практически во всем. Но это-то и было интересно. Загадки для того и существуют, чтобы их разгадывать.