Физика

Нет более прославленной физической теории, чем СТО — специальная теория относительности. Годом ее рождения считается 1905 год — момент публикации статьи молодого амбициозного теоретика Альберта Эйнштейна под скучным академическим названием «К электродинамике движущихся тел». Началась эпоха рождения новой физики — вслед за СТО появилась квантовая механика, в создании которой Эйнштейн также принял активное участие. В отличие от квантовой механики, знакомство с которой требует специальной математической подготовки, СТО представлялась понятной теорией, хотя и с сенсационными выводами.

Нобелевская премия за доказательство ускоренного расширения Вселенной оживила дискуссии об интерпретации этого явления. Не все приняли в качестве объяснения понятие о темной антигравитационной энергии, вводящее ad hoc пятый тип взаимодействия, новую физическую сущность непонятной природы. В эти рамки не вмещаются многие гравитационные парадоксы, например проблема «Пионеров» — американских космических аппаратов, которые необъяснимо тормозятся.

Молекулы — существа живые. В них все движется, и это движение вечное, его нельзя остановить, нельзя заморозить. В хаосе электронных вихрей есть точный порядок, бешеные колебания атомов и вращения атомных групп подчиняются строгому законодательству. Это законодательство — квантовое, оно задано квантовой механикой.

«Наклоните бутылку, когда станете ее открывать — тогда поверхность газообмена станет больше, и шампанское не выплеснется пеной», «вы неправильно наливаете шампанское, надо бокал наклонять под сорок пять градусов, тогда не будет много пузырьков», «ну кто же подает шампанское теплым», — подобные реплики часто можно услыхать за новогодним столом. Оказывается, за этими рекомендациями стоит высокая наука о фазовых превращениях, называемая еще физической химией, причем приложениями этой науки к пенным напиткам занимается не один ученый.

В пустынном уединенном месте, чтобы никто не мешал, жила-была лаборатория. С раннего утра и до позднего вечера ее сотрудники ковали ядерный меч для устрашения вероятного противника. Они были интеллектуальной элитой страны, и даже глубокой ночью в лабораторных окнах горел свет: там не только решали задачи по физике, математике и материаловедению, но и думали об устройстве мира.

Нобелевскую премию по физике в 2011 году получили руководители двух групп по изучению сверхновых в дальнем космосе, — Сол Перлмуттер из Лоуренсовской национальной лаборатории в Беркли и Брайен Шмидт, работавший тогда в Австралийском национальном университете, а также Адам Рейс, который внес важный вклад в расчет расстояний до этих сверхновых. Работа лауреатов подтвердила идеи теоретиков, что Вселенная может расширяться с ускорением.

Автор приводит формулу, которая решает программную задачу нобелевского лауреата Вернера Гейзенберга «Известны фундаментальные константы... Требуется доказать, что эти константы связаны функционально и должны быть приведены к одному параметру».

Физика описывает мир с помощью формул. И в большинстве из них есть некий коэффициент — константа, которая, принимая числовое значение, превращает этот мир из абстрактного в конкретный. А что будет, если удастся все константы связать одной формулой? Розенталь считает, что если бы это удалось, если бы такая формула не была бы чистой формальностью, плодом математических ухищрений, а доказывала бы глубокую связь между константами, тогда принцип целесообразности был бы опровергнут. Это значило бы, что наш мир возник не вследствие игры случая, который и обеспечил существование основных состояний, а закономерно.

Насекомые - одни из древнейших животных на земле. Они пережили разнообразные катаклизмы, но их органы чувств успешно выдержали испытания. Ареалы обитания летающих насекомых - одни из самых обширных среди животных, скорости полета - рекордные (относительная скорость ТУ-104 в два-три раза меньше). А значит, летающие насекомые должны обладать высокоразвитыми органами пространственной ориентации и навигации.

Совсем недавно физики могли только мечтать о том, чтобы заложить в компьютер химический состав какого-нибудь соединения и получить распечатку с наиболее энергетически выгодным расположением атомов в его кристаллической решетке, а также со значениями свойств этого вещества, такими, как твердость, модуль упругости или ширина запрещенной зоны. Даже возросшая за прошедшую четверть века мощность вычислительной техники не приблизила нас существенно к решению этой задачи: одной мощности оказалось недостаточно, потребовались принципиально новые теоретические подходы. Например, предсказание структуры средней сложности на лучших сегодняшних суперкомпьютерах методом перебора займет порядка 10²⁰ лет. Очевидно, что без концептуального рывка эта задача нерешаема.

Именно с алмаза, точнее, с попыток получить его искусственно, начинается история использования высокого давления для создания новых материалов. Алмаз сделали, но материал тверже алмаза сделать так и не удалось, горячей сверхпроводимости не достигли, и металлический водород не получили. Когда же появились мощные компьютеры, ситуация начала меняться.

Рассказ о двух женщинах, начавших заниматься наукой в те времена, когда она считалась сугубо мужским делом. Агнесс Луиза Вильгельмина Покелс первой провела большую серию опытов по влиянию различных веществ на поверхностное натяжение воды и, собственно, положила начало исследованиям в этой области. Она так и не получила специального образования, а ее лабораторией была кухня. Признание пришло только через 40 лет после публикации результатов. Катарине Блоджет повезло больше. Она родилась позже и по другую сторону океана, получила прекрасное образование и работала в «Дженерал электрик». Опубликовала 30 научных статей по поверхностно-активным веществам и получила восемь патентов, а слои Ленгмюра–Блоджет — явление настолько известное, что в специальной литературе сокращение «ЛБ» даже не расшифровывают. Но в чем-то эти две судьбы оказываются схожими.

Бенджамин Франклин — несомненно, самый узнаваемый американец, поскольку его портрет украшает купюру. Его портреты тиражируют буквально пачками. Многие знают, что он был известным ученым, естествоиспытателем, но мало кто знает, что именно доктор Франклин был первым в том, что сегодня мы называем «нанотехнологиями». Только он об этом не догадывался.

Дискуссия о вреде сотовых телефонов тянется годами. Журналисты уже сообщали, что использование сотовых телефонов вызывает рак мозга. Однако проверка первоисточников показала: возможное вредное влияние этих приспособлений на организм изучается, но пока нет точных данных о том, что от них есть какой-то вред здоровью (конечно, если не пытаться набирать текстовое сообщение, одновременно управляя автомобилем).

Всем животным нужно как-то ориентироваться в окружающей среде. Мы в основном полагаемся на зрение и на слух, и нам трудно представить, как можно обойтись без них. Но вот медузы, например, пользуются особой системой из множества датчиков по краю «зонтика», реагирующей на движение и изменение положения тела относительно вертикали. Это позволяет медузам неплохо ориентироваться и даже охотиться. У пауков  глаза чаще всего даже не заслуживают этого названия: определяют только уровень освещенности. Зато у них тоже есть инерциальный датчик и совершенные органы восприятия вибраций. В статье пойдет речь о том как этот орган устроен у скорпионов, — как известно, эти существа обладают хорошей реакцией.

С сороковых годов ХХ века, когда человек овладел тайнами атомного ядра, в мире случилось несколько крупных ядерных катастроф. Первая — бомбардировка Хиросимы и Нагасаки. Затем — взрыв хранилища радиоактивных отходов в Кыштыме на химкомбинате «Маяк» (1957), авария на ядерном комплексе в английском Уиндскейле (1957), сброс радиоактивных отходов в реку Теча (1949—1953), авария на американской станции Три-Мейл-Айленд (1979), Чернобыль (1986), выброс радиоактивного облака в Томске-7 (1993) и вот теперь — Фукусима.