Работа бывает двух видов. Первый вид работы связан с изменением положения материи на поверхности Земли или вблизи от нее относительно другой подобной материи, а второй – это объяснять другим, как нужно заниматься первым видом работы. Первый вид работы неприятен и плохо оплачивается, второй – приятен и оплачивается хорошо.
Бертран Рассел
Великий физик Эрнест Резерфорд однажды сказал, что все науки о природе делятся на физику и коллекционирование марок (может, он этого и не говорил, но очень на него похоже). Он имел в виду, что основу химии и биохимии образует физика атомов и молекул. В сердце этой физики лежит уравнение квантовой механики, сформулированное Шрёдингером, а из решений этого уравнения проистекают все данные, которые нам известны о строении материи и энергии. В последней части книги мы рассмотрим некоторые изображения, которые дали человечеству физика и химия. Мы познакомимся с рисунками атомов, прекрасными схемами сложных молекул – такие структурные формулы используются в химии для отражения их затейливой геометрии. Мы поговорим о предметах, которые помогли совершить новые открытия, в частности о призме Ньютона. Призма стала символом целого спектра открытий, которые помогла совершить ньютоновская философия эксперимента.
В химии существует периодическая система элементов – великая организующая схема, которая наконец позволила объяснить похожесть свойств отдельных элементов. Для создания своей таблицы Менделеев совершил несколько шагов интуитивно, но таблица получилась правильной, и лишь позднее догадки ученого удалось объяснить, изучив свойства атомов. Примечательно, что Менделеев хотел объяснить не только то, что точно известно, именно поэтому с помощью периодической системы ему удалось предсказать еще неоткрытые элементы и их свойства. Периодическая таблица элементов стала одним из самых устойчивых научных изображений. Ее влияние сохранилось и после всех открытий квантовой физики, способствовавших полному пониманию строения элементов. И сегодня эта схема украшает стену любой химической лаборатории как некий культовый список игроков в команде природы.
Визитной карточкой физики стали не таблица и не уравнение, а ученый. Фотография Альберта Эйнштейна превратилась в символ интеллектуальных достижений человека, его глубокой мысли и созидательного воображения. Благодаря этой фотографии в массовом сознании сформировался образ ученого – пожилого, немного эксцентричного господина, слегка не от мира сего. У этого визуального образа интересная история. Эйнштейн не всегда выглядел так, и перемены в его стиле научных исследований, как в зеркале, отразились в изменениях его образа и положения в современном мире.
На долгом пути к пониманию природы атомного ядра и заключенной в нем энергии, проложенном благодаря работам Эйнштейна, появился ряд изображений, исполненных драматизма. Ядерный гриб, впервые увиденный во время испытания «Тринити», стал символом разрушительной мощи атомного оружия. За этим рисунком – простой график зависимости энергии связи от размера атомного ядра, демонстрирующий два способа извлечения энергии из атома. Представление о квантовом строении материи, которое объясняет эти способы, также помогает понять, почему предметы именно такие, какие они есть, почему атомная материя, планеты и звезды имеют именно такие, а не иные размеры и массы. Эта картина, описывающая массы и размеры всего на свете, удивительно проста, ее можно понять без труда. Значение этой схемы для астрофизики вполне сопоставимо с ролью периодической таблицы элементов в химической науке.
Во второй половине XX века ученые провели новые эксперименты в мире субатомных частиц с помощью приборов, отражавших то, что невозможно увидеть. Диффузионные и пузырьковые камеры позволяют отслеживать пути неустойчивых элементарных частиц материи и наблюдать их взаимодействия. К сожалению, понять природу этих взаимодействий бывает непросто. Когда классические теории электромагнетизма и света были дополнены представлениями о квантах, возникла проблема, которая просто формулируется, но очень трудна в решении. При разработке новых гипотез появилась и новая серия научных изображений. Это были диаграммы Ричарда Фейнмана – основные инструменты, с помощью которых специалисты по физике высоких энергий строят математическое описание своих экспериментов и предсказывают их количественные результаты.
Странности квантового мира, обусловливающие исключительную сложность взаимодействия материи и света, также отражены в знаменитых изображениях. Они демонстрируют наши попытки интерпретировать смысл теории, дающей такие верные прогнозы с такой ошеломляющей точностью. Кот Шрёдингера – наиболее известный парадокс, связанный с интерпретацией квантовой реальности. С квантовой точки зрения в определенные моменты наша повседневная реальность должна быть смесью различных вариантов реальности. Но что это значит для кота, который попадает в такую смесь и оказывается одновременно не то жив, не то мертв? Физики создали поразительные изображения таких странных и запутанных состояний реальности. Они слегка приоткрывают для нас мир бесконечно малого и подсказывают, что может нас ждать впереди. Мы уже можем манипулировать отдельными атомами и создавать инструменты сравнимого с атомами размера.
Исследование и использование свойств микромира, по-видимому, и есть наша дорога в будущее. Кроме того, теперь мы можем понять, насколько ограниченными были наши представления о внеземных формах разума. Мы всегда воображали, что высокоразвитые цивилизации, существующие во Вселенной, создают колоссальные вещи, например планеты и звезды, и для этого им требуется невообразимое количество энергии. Астрономы даже пытались обнаружить отходы, которые могли остаться от таких колоссальных работ. Теперь мы можем предположить, что вряд ли этот путь технологического развития является рациональным и продолжительным. Скорее всего, инженерная деятельность высокоразвитых цивилизаций все глубже уходит в микромир, требует все меньше сырья, порождает все меньше вторичных энергоресурсов и вредных отходов. Их космические зонды, скорее всего, неуловимо малы.
Наконец мы рассмотрим один из величайших результатов развития науки о материалах. Легендарное изображение закона прогресса в компьютерной сфере, сформулированного Муром, произвело революцию в бизнесе, связанном с производством вычислительных машин, скоординировав разработки аппаратного и программного обеспечения. Современный мир уже невозможно представить себе без ксероксов, но кто сделал первую ксерокопию и как?
Создатели этой модели надеялись, что она может дать универсальное объяснение процессу нарастания сложности. Увы, этого не случилось, но сама кучка песка возрождает нашу веру в то, что простые изображения полезны. Даже если у вас нет ультрасовременного оборудования, стоящего миллионы долларов, можно совершать важные открытия, познавая, как устроена природа. Если правильно увидеть и полностью интерпретировать самые простые вещи, то можно представить реальность под новым углом. Все, что вам потребуется, – это изображение.
Материалы публикуемые на "НАШЕЙ ПЛАНЕТЕ" это интернет обзор российских и зарубежных средств массовой информации по теме сайта. Все статьи и видео представлены для ознакомления, анализа и обсуждения.
Мнение администрации сайта и Ваше мнение, может частично или полностью не совпадать с мнениями авторов публикаций. Администрация не несет ответственности за достоверность и содержание материалов,которые добавляются пользователями в ленту новостей.
