Бесплатный фрагмент - Заметки физика о физике

Вместо предисловия

Дорогой читатель!

Эта книга, фактически, представляет собой «выжимку» из множества записей в социальных сетях, в которых я, как преподаватель и член Академии Естествознания, стремился простым и понятным языком донести до своих студентов и друзей самые интересные темы из физики и астрономии. А так же дать отпор разнообразным заблуждениям и суевериям, которые не перестают отравлять умы даже в XXI веке. Надеюсь, материал покажется вам интересным и даст понять, что мир науки не исчерпывается школьными учебниками и толстыми справочниками.

Всегда ваш, С.А.Чумаков.

Просто чай

Вы когда-нибудь задумывались, почему горячий чай остывает в холодной комнате? Отчего тепло всегда переходит от кипятка к воздуху с комнатной температурой, вообще от горячего к холодному, а не наоборот?

Не стоит пытаться вспомнить школьную физику — она, как правило, чрезмерно упрощается, чтобы… Чтобы не остаться в голове после окончания девяти или одиннадцати классов. Не всегда, делая объяснение простым, можно добиться понимания.

Возвращаясь к нашему чаю в комнате. В стакане — вода, над ней — пар. И там и там движутся молекулы, но движутся они очень быстро. Сталкиваясь с молекулами воздуха, они просто распределяют свою энергию и замедляются. Чай остывает. И вот тут кроется парадокс: вполне возможна и обратная картина!

Физика оценивает вероятность. Она не доказывает, что принципиально возможно, а что нет. Она говорит о принципиальной вероятности. Есть такой раздел в науке, статистическая физика, который как раз и изучает эти самые вероятности.

Тепло переходит от тёплого объекта к холодному просто потому, что вероятность «горячей» молекулы столкнуться с «холодной» очень велика, только и всего.

Мир — это бесконечное разнообразие в бесконечных комбинациях, и он больше похож не на совокупность объектов, а на цепочку случаев с разной вероятностью.

Холодный воздух может разогреть горячий чай, но вероятность этого крайне ничтожна.

Атомы и молекулы

Атомы, как правило, образуют молекулы, взаимодействие которых определяет ряд самых важных параметров нашей жизни — это «твёрдость» вещества, температура, давление и многое другое. Молекула является носителем физических свойств тела, в отличие от атома. Именно это определение можно считать самым интересным и актуальным на данный момент.

В общем случае, атом и молекула могут вовсе не отличаться по размерам, так что лучше всего просто понимать, что именно молекулы делают объекты твёрдыми, хрупкими, горячими или холодными и отличаются от атомов своими функциями по приданию веществу физических признаков.

Молекулы чрезвычайно разнообразны по строению и форме. Например, в одной молекуле могут содержаться сотни и даже тысячи атомов, при этом её размер всего в 10—100 раз больше, чем у атома. Поверьте мне, это «всего» — громадная величина в мире, где всё измеряется в ангстремах.

Массы молекул немного отличаются в зависимости от вещества, которое они образуют, но в целом лежат в диапазоне 10 в минус 26 или 27 степени.

Помимо привычных для нас характеристик, вроде размеров и массы, молекулы обладают также оптическими и электрическими свойствами. Так они могут совершенно по-разному вести себя, когда попадают в луч света (правильнее было бы сказать в световую волну, но пока мы не будем рассматривать волны), могут перемещаться в пространстве под действием электричества. Но самое важное у нас ещё впереди, потому что физика в первую очередь уделяет внимание обычному движению молекул, так как именно благодаря этому мы можем говорить о нагретости и размерах тел.

Неделимые

Ещё в древности люди задавались вопросом: до каких масштабов можно уменьшать различные объекты реального мира? Булыжник можно расколоть на мелкие камни, которые затем можно измельчить до песка. Песок, если постараться, можно превратить в пудру, а дальше? Так родилась концепция мельчайших и неделимых кирпичиков, из которых сложены вещества. До этого додумались в Греции ещё задолго до нашей эры, подобрав такому неделимому куску имя: атом, что по-гречески и значит «неделимый».

Однако, развитие науки в последние 300 лет наглядно показало, что атом не является тем пределом, за которым нет ничего ещё более мелкого. По данным современных опытов и практики, атом прекрасно делится, а выглядит не совсем как шарик из иллюстраций к школьным учебникам. Я бы скорее сравнил его с гроздью крупного винограда, в состав которой входит несколько ягод, называемых протонами и нейтронами. Вот они-то гораздо меньше атома, и тут догадка древних мыслителей совсем уж неверна.

Атомы обладают поистине микроскопической массой, для определения которой недостаточно даже самых точных и чувствительных весов из магазина. В настоящий момент мы считаем, что атомы имеют массу в среднем не более 1,66 на 10 в минус 24 степени, то есть 0,0000000000000000000000000166 грамма. Для примера, ваш волос весит около миллионной доли грамма, но это всё равно очень и очень много по сравнению с атомом. Раз уж поговорили о массе, перейдём к размерам. Тут всё тоже очень… мелко и не совсем чётко. Видите ли, ввиду последних открытий квантовой физики, атом не имеет выраженной внешней границы, и поэтому мы можем лишь оценить его размер. Впрочем, все оценки сходятся на величине, сравнимой с 10 в минус десятой степени метра, то есть 0,0000000001 м, которая стала эталоном расстояния для мира микрочастиц и получила название ангстрем.

Атомы могут проявлять очень много интересных свойств, но в рамках молекулярной физики эта информация пока что будет достаточной, иначе придётся пускаться в рассуждения о радиоактивности и прочих интересных процессах. Единственное, что стоит ещё указать, — это то, что именно атом определяет химические свойства того или иного вещества.

Как вышки сотовой связи вредят нашему здоровью?

Я часто встречаюсь с этим вопросом и если отвечать на него кратко, то хватит двух слов: вообще никак.

Если же вы сомневаетесь и подозреваете соседнюю вышку, распространяющую сигнал, в самых злобных кознях (вызывает болезни вроде облысения подмышек и злокачественной межпяточной перхоти), то снимайте шапочку из фольги.

Вообще, всё новое всегда находило сопротивление в среде тех, кто не обладал достаточной информацией. Так, в 19-м веке в разных городах Европы пытались по суду запретить электрические фонари. От них, как полагали жалобщики, можно ослепнуть.

Но у нас век 21-й, поэтому давайте ликвидировать незнание по пунктам.

Пункт раз. Вышки передают излучение в виде (условно) радиосигналов. Вообще, радиосигналы существовали до человечества и будут после. То же самое Солнце является мощнейшим их источником, по сравнению с которым все сотовые вышки мира — просто отсыревшая спичка на фоне вулкана. Радиосигналы могут распространяться, передавая энергию, но не трогая вещество. В этом их преимущество.

Пункт два. Солнце излучает энергию во все стороны, а вышки — в строго определённые. Поэтому не факт, что конструкция в данный момент времени облучает именно вас. К тому же, сигнал имеет обыкновение затухать, и на расстоянии 40 метров его интенсивность окажется меньше, чем излучение от смартфона. Стекло, стены, кожа человека, воздух — все они значительно уменьшают мощность передаваемой энергии.

Пункт три. Излучение опасно в высоких дозах, и, чтобы у вас заболела голова или ещё чего похуже, необходимо жить в обнимку с этой вышкой не один день (отвлекаясь разве что на походы в туалет). Сотовые вышки не способны давать мощное излучение — это требует большого количества электрической энергии, вызовет сильнейшие помехи и даже (чисто гипотетически) перегрев оборудования.

Вот, надеюсь, вы больше не будете бояться излучения станций сотовой связи, а фольгу станете использовать только для приготовления еды 😊

Поговорим о температуре

Не о той, которая в подмышке, а о той, которая вообще 😊

Думаю, что такое «тепло» и «холодно» знает почти каждый из нас. И каждому понятно, что это чисто субъективные оценки одного из ведущих параметров всех процессов в мире — нагретости тел (любых, от чашки на столе до воздуха в атмосфере).

Чтобы описывать явления точно, простых бытовых терминов бывает слишком мало. В самом деле, для меня и в минус 20 пройтись в обуви на тонкой подошве бывает тепло, а кому-то валенки с подогревом выдавай. Вот поэтому для облегчения жизни и понимания процессов в технике и науке было введено понятие температуры и шкал для её измерения.

Сама температура, в сущности, означает только то, как быстро или как медленно носятся молекулы объекта. В горячей ручке сковородки молекулы дрожат так, как отбойный молоток в момент работы. А молекулы холодной воды движутся еле-еле, словно студенты, ползущие домой после пятой пары в пятницу. То есть температура — мера движения мельчайших частичек, прямо как скорость!

Измерять температуру мы привыкли по шкале Цельсия. Она самая распространённая на Земле, но до её массового применения попытки как-то однозначно описать нагретость предпринимались многими. Так, одна из первых шкал была разработана Исааком Ньютоном в 1701 году для проведения собственных исследований. За ноль Ньютон взял температуру замерзания пресной воды, а температуру человеческого тела он обозначил в 12 градусов. Только вот подобный эталон измерений обладал целым рядом недостатков, и после Ньютона разработку единой системы для описания температуры продолжил Цельсий. Фактически, он первым догадался привязать шкалу полностью к состоянию воды, уникального элемента планеты и её атмосферы.

Кстати, первоначальная шкала Цельсия отличается от той, которую используем мы. За ноль градусов Цельсий взял температуру закипания, а за сто — замерзания воды! То есть, если на улице +10 «современных» градусов Цельсия, то по первоначальной шкале — целых 90!

Что послужило причиной переворачивания точек отсчёта, пока нельзя сказать с высокой вероятностью. Но именно в изменённом виде её стали активно применять учёные Карл Линней и Мортен Штремер.

И ещё про воду

Вода — одно из самых уникальных соединений на Земле. Я не буду говорить о её химических свойствах, а просто расскажу о том, как на эту жидкость смотрит современная физика.

Вода по своему строению очень близка к твёрдому телу и даже немного демонстрирует свойства, близкие к свойствам какой-нибудь железки. Всё дело во внутреннем строении: образно говоря, молекулы воды обладают достаточной энергией, чтобы образовать кристаллы. Но, опять же, это количество слишком мало, чтобы кристаллы могли существовать долго. Поэтому, кстати, разговоры о памяти воды основаны ни на чём.

Если очень сильно ударить по воде тонким прутиком или палкой, то в момент удара палка сломается или просто вылетит из ваших рук — так жидкость проявляет свою «твёрдость».

А ещё у воды есть так называемое поверхностное натяжение: вы наверняка замечали, когда воду наливают в стакан до краёв, то она не переливается, образуя некую горку, выпуклость. Молекулы соединяются друг с другом и не дают остальному веществу покинуть сосуд. Это свойство роднит воду с ртутью.

Вода не всегда замерзает при нуле. Чистая, лишённая примесей вроде соли и всякой грязи, которую добавляют в неё старые водопроводные трубы, она способна оставаться в жидкой фазе при минусовой температуре. Даже в минус 20 вода может не замёрзнуть. Только вот не стоит встряхивать сосуд с таким холодным веществом. Это приведёт к почти мгновенному образованию льда.

А ещё из-за расположения атомов и молекул воду очень трудно нагревать: если вы будете доводить литр воды до кипения, то потратите больше теплоты, чем если бы нагревали до точно такой же температуры (100 градусов) свинец.

Ну и всем обитателям и гостям этой планеты на заметку: Земля обладает крайне скудными запасами пресной воды, её всего лишь 2,5% от общего количества, всё остальное — солёные запасы мирового океана.

Нерешённая проблема физики

Если вы только собираетесь принять ванну, то наверняка столкнётесь с ещё одной нерешённой проблемой современной физики — турбулентностью жидкости.

Турбулентность — это явление, при котором в струе газа или, например, воды, сами по себе, без внешнего воздействия, образуются различные волны. Их возникновение настолько внезапно и хаотично, что описание движения струи из крана приобретает масштабы целой исследовательской работы.

На самом деле, турбулентность является очень важной проблемой не только для физиков, но и для инженеров, так как они учитывают факторы случайных завихрений в трубах и при постройке всяких плавающих штук (корабли, подводные лодки). Могу с уверенностью сказать: сегодня не существует хотя бы одной более или менее подробно объясняющей явление, теории. Остаётся только прогнозировать возникновение турбулентности, опираясь на показания датчиков или модели движения жидкости. Непонятно, что именно вызывает появление волн в той же струе из крана, как они упорядочиваются и как при этом теряется давление в механизмах.

Такая вот загадка связана со вполне обычным бытовым использованием воды…

Закольцевали

Вокруг многих планет Солнечной системы вращаются красивые (и не очень) кольца. Плоские концентрические образования из пыли и разного размера камешков окружают Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и, возможно, Плутон.

Только у Сатурна кольца очень обширны и красивы, у Юпитера их вообще не видно с Земли даже в телескоп. Наличие колец у Плутона пока что активно проверяется.

Подобные системы, как считается, образовались в результате столкновений более крупных спутников или воздействия планетной гравитации, которая разорвала астероиды на кусочки. Затем получившиеся материалы просто равномерно распределились по орбите.

А могли ли быть кольца у Земли? В 1980 году в авторитетном научном журнале «Nature» была выдвинута интересная гипотеза: 34 миллиона лет назад наша планета вполне могла обладать системой красивых колец, частицы которых постепенно выпадали на Землю. Кстати, если предположить, что эта гипотеза верна, то она отлично объясняет похолодание того времени: кольца просто затеняли Солнце.

Что же касается настоящего, то исследования космических аппаратов «Электрон-1», «Электрон-3» и «ГЕОС-2» показали возможность наличия у нашей планеты слабых пылевых колец на расстоянии от 400 до 235 000 км от поверхности планеты.

Учёные из Jet Propulsion Laboratory так же подтвердили это открытие, сообщив о потоке частиц на высоте 600 километров. Правда, плотность этого кольца совсем удивительная — 6 (шесть) частиц на квадратный километр. В общем, даже очень вооружённым глазом не увидишь.

Гигантский астероид приближается к Земле (запись сентября 2018)!

…пишут в этих ваших интернетах. И в качестве иллюстрации сразу же предлагают картинку ужасного апокалипсиса. По данным, скажем так, некоторых источников разной степени гигиеничности, астероид пройдёт прямо очень-очень близко к нашей планете уже 3 октября. Как следствие, начинают ссылаться на некоторых учёных, которые пророчат опасность для всего человечества от гипотетического столкновения.

Хочу разочаровать тех, кто поверил в грядущую неминуемую катастрофу и пошёл брать кредит, подумав, что отдавать его в постапокалиптическом мире уже никому не надо. И надеюсь, что вы успеете прочитать этот пост до того, как скроетесь в бункере (нежно сжимая припасённый ящик консервов).

Кратко: ничего не случится.

Подробно: астероиды шляются рядом с Землёй постоянно. Некоторые прилетают настолько внезапно, что о сближении мы узнаём только тогда, когда они уже миновали самую близкую точку. А что поделаешь — современные приборы не способны в регулярном режиме с огромным увеличением вглядываться в космос, поджидая гостей. Да и сами астероиды могут быть очень тёмными и почти не отражать свет — вот их и не сразу видно. Космический камушек, который проведает планету 3 октября, пролетит на расстоянии пяти миллионов километров (это более чем в 10 раз дальше, чем расстояние до Луны). Даже если он вдруг сойдёт с орбиты, столкновения может не случится. Бывают астероиды, которые лишь частично касаются атмосферы Земли, пролетают в ней несколько тысяч километров и вновь устремляются в космос. А могут и вовсе развалиться на некоторой высоте. Неприятно, конечно; могут быть разрушения, но не глобального масштаба.

Повторюсь: объект, о котором говорят в мрачно-истеричных тонах, на данный момент никакой угрозы не представляет. От слова «совсем».

Разгоняемся

На самом деле, не природа подчиняется законам физики, а законы физики пытаются наиболее точно описать Вселенную и всё, что в ней есть. Отсюда и столько разделов в науке, самые простые понятия из которых вроде бы всем известны. Это механика, термодинамика, электричество. Но вот какая интересная особенность есть в нашем мире: если мы говорим про ситуации, когда тело движется с малыми скоростями, то применяется всем известная классическая физика. А когда тело вдруг ускоряется почти до скорости света (300 000 километров в секунду!), происходит несколько совершенно необычных явлений, которые изучает релятивистская механика и динамика.

☝Если каким-то чудом вы разгонитесь до сотен тысяч километров в секунду (например, уходя в пятницу с работы 😊), то ваши размеры изменятся! Да, объекты с околосветовой скоростью уменьшают свою длину. Это явление называется лоренцовым сокращением и работает для любых движущихся тел. То есть, даже в состоянии бега ваш рост немножко иной, чем будь вы в покое. На ничтожную величину, конечно, которую ни один прибор засечь не может. А при достижении скорости света лоренцово сокращение становится заметным.

☝Вам не хватает времени? Без проблем, разгоняемся до световой скорости, и вот уже время начинает замедляться. Ваше собственное. Правда, вы этого не ощущаете, а видите лишь, что люди и процессы вокруг стали чудовищно тормозить и залипать. Вообще, если вдруг вы пропутешествуете час на поезде со скоростью триста тысяч километров в секунду, то, выйдя на станции, увидите, что ваши часы «отстали» минуты на две-три. На самом деле, просто ваше собственное время замедлилось, а не механизм накрылся. Из-за этого явления (называется оно заумно, релятивистское замедление времени), спутники системы GPS вынуждены вносить в свои данные поправку по времени — на их скоростях изменение уже ощущается аппаратурой.

О гравитации

Наверное, одна из самых удивительных сил, которые существуют в природе — это гравитация. Та самая, которая удерживает Луну на определённом расстоянии от Земли, заставляет дождь падать из туч, а нас — спотыкаться.

Собственно, из построения теории гравитации и родилась вся современная классическая физика, которую преподают в школе (не очень хорошо, правда, но тем не менее).

Начну с того, что гравитация ответственна за существование галактик, звёзд и планет. Именно благодаря этой силе появилось всё то многообразие, что мы наблюдаем на дневном и ночном небе. Да и все объекты, что нас окружают, тоже способны притягивать друг друга. Интересный факт: знаете ли вы, что падение тел зависит не от их массы, а только от формы? В вакууме и лист бумаги, и кувалда упадут одновременно!

По сравнению с электрическими силами, которые удерживают вместе атомы и электроны, создавая тем самым твёрдые, жидкие и газообразные формы, гравитация считается чрезвычайно слабым взаимодействием. Однако, она способна распространяться на очень большие расстояния и можно сказать, что сейчас на вас действуют силы притяжения далёких галактик со всей Вселенной. И, в отличие от того же электрического заряда, в природе нет объектов, которые не обладали бы гравитацией.

Так чем же наука отличается от псевдонауки?

В современном мире знания передаются не только в узком кругу избранных — любому доступно содержание самых простых и самых сложных научных работ. Но вот незадача: к научному миру старательно примазываются некоторые сообщества, которые употребляют такие же умные термины, используют такие же (на первый взгляд) наименования дисциплин, но на самом деле занимаются самым что ни на есть шарлатанством.

Отличить науку от лженауки можно просто и быстро: любая научная гипотеза или теория фальсифицируема. То есть можно поставить опыт, который её опровергнет (фальсифицирует) или подтвердит. Например, теория тяготения Ньютона отвечает этому критерию: вы можете провести эксперимент по бросанию сахара в чай. Если тяготение ошибочно, тогда куски сахара зависнут в воздухе или наоборот улетят к потолку или в форточку. В любом случае, исход опыта вы увидите и сможете сделать выводы.

А вот экстрасенсорные способности абсолютно псевдонаучны. Если спрятать от экстрасенса в десяти одинаковых коробках одну иголку и попросить найти несколько раз подряд (нашёл — перепрятали — перемешали — опять попросили), то он может определить положение иголки и сказать: вот, мои способности существуют! А если не найдёт, то ответит: вот, у меня тут в ауре помехи и мне трудно определить, что где. То есть, опыт по проверке экстрасенсорики со стопроцентной вероятностью провести нельзя: мы никогда не сможем подтвердить слова испытуемого или надёжно опровергнуть.

То же самое с гипотезой наличия ауры. Можно утверждать, что у человека аура бывает синяя, зелёная или цвета детской неожиданности. А я бы дополнил, что она бывает квадратная и в дырочку. Но никаким образом вы не сможете сфальсифицировать данное предположение: не существует приборов, которые могут засечь ауру, так как нет никаких описаний этого «явления» естественными терминами.

Я к чему это написал: как правило, псевдонаука занимается тем, что активно себя продаёт. Люди платят огромные деньги за визиты к колдунам, специалистам по астральным делам и кармическим подмышкам… А настоящая наука требует только вложений времени и внимания, отдавая (не сразу) все достижения желающим за гроши.

Где все?

Тот факт, что мы не нашли пока что разумную жизнь во Вселенной, неоспорим. И я не принимаю во внимание НЛО, потому что данный феномен (по большей части) объясняется редкими природными явлениями или деятельностью человека. А те случаи, что пока представляются загадочными, подлежат тщательной проверки и изучению. Сразу заявлять о гостях из космоса не принято, если подходить к делу серьёзно.

Быть может, разумная жизнь затаилась… на глубине инопланетных океанов. Нельзя отвергать предположение, что определённые планеты могут обладать абсолютно непригодной к существованию сушей. Вулканизм, радиационное излучение звезды, метеоритные дожди. От всех этих «прелестей» вполне себе можно укрыться под слоем воды. И будет ли такая цивилизация использовать, например, радиосвязь или выходить в космос? А ведь именно с помощью телескопов мы пытаемся найти следы освоения вселенной инопланетянами, в том числе прослушивая радиоэфир.

Есть предположения, что внеземные разумные организмы живут на гигантских газовых планетах с большим притяжением. Этакие умные медузы, достигшие успехов в науке и искусстве. Почему нет?! Но на преодоление гравитации родной планеты-гиганта им банально может не хватить сил, и их технические возможности не оставляют шансов выйти на орбиту и отправиться в путешествие к звёздам.

Тройку самых феерических научных гипотез на тему «да где они все прячутся-то, инопланетяне наши?» замыкает, как мне кажется, самая очевидная: мы уже всё обнаружили, но просто не понимаем, что это внеземные соседи по вселенной. Действительно, современная наука ищет конкретные следы деятельности инопланетян — определённые признаки колебания света звёзд, например, радиосигналы на нескольких частотах. Но кто сказал, что редкие, малозначительные, но пока необъяснимые явления и феномены космоса имеют естественную природу?

Возможно, все доказательства у нас уже есть, но мы их не видим или не спешим обрабатывать…

ФБР скрывает!

Вот не мог пройти мимо чудесной новости, облетевшей все мировые СМИ в сентябре 2018: без объяснения причин ФБР эвакуировало персонал и приостановило работу Национальной солнечной обсерватории в Санспоте, Нью-Мексико.

В обстановке полного молчания властей сразу же поползли слухи, что обсерватория засекла инопланетян, гигантскую вспышку на Солнце или вообще планету Нибиру, которая, по данным кухонных конспирологов, тщательно «скрывается» от землян. Никакие разъяснения директора обсерватории не помогли — журналисты и пользователи интернета упражнялись в нереальных египотезах, как вдруг…

17 сентября 2018 обсерватория возобновила работу и вскоре уже предоставила данные, которые имелись на момент закрытия в неизменном виде, чтобы каждый желающий смог проверить результаты на предмет выемок, вырезок и сокрытия информации. Поверьте, следы такого вмешательства можно отследить в огромном массиве данных, если есть много времени и средние познания в астрономии и IT. Оказывается, операция ФБР была вызвана необходимостью поимки некоего человека, который мог использовать оборудование обсерватории в своих злобных целях или просто ошивался на её территории. Скудная информация, но на то они и спецслужбы, чтобы не рассказывать каждому встречному о своих операциях.

Кстати, версия о случайном обнаружении инопланетян при наблюдении за Солнцем смехотворна. В мире десятки обсерваторий занимаются тем же, что и в Санспоте — информации об их закрытии не поступало, а данные оттуда доступны. Да и гигантский космический корабль на фоне солнечного диска явно увидели бы астрономы-любители (поверьте, я видел любительское оборудование, которое может тягаться с профессиональным). Так же смешно предполагать катастрофическую вспышку на нашей звезде — в этом случае вы бы не смогли читать эти строки, а я их записать. Что же касается Нибиру, то если бы она существовала, то давно бы уже сместила Землю с её орбиты простым гравитационным воздействием.

Слухи, да ещё и в головах людей, привыкших доверять вымыслам, а не проверять — большая проблема.

Когда килограмм ваты легче…

Все слышали такую загадку: что больше весит — килограмм ваты или килограмм свинца? Разумеется, поверхностное знакомство с жизненным опытом как бы говорит нам, что тела с массой по одному килограмму имеют одинаковую массу. НО!

В загадке говорится про вес — я допускаю, что автор не задумывался над смыслом этого слова. А зря — в быту мы часто путаем два фундаментальных понятия физики, массу и вес. Когда в магазине вы кладёте на весы покупку, например, килограмм картошки, то инструмент определяет тяжесть картошки, то есть силу, с которой гравитация земли прижимает объект к плоскости. Фактически речь идёт о весе. Это величина, измеряемая в ньютонах и зависящая о того, в каком гравитационном поле находится картошка из нашего примера (или любой другой объект). Доставьте весы и покупку на Луну, и вот весы покажут не кило, и даже не 500 грамм, а меньше. То есть вес, через который считают массу и определяют, что тяжёлое, а что нет, не тождественен массе!

Она, кстати, не имеет достаточно точного определения — мы говорим о массе, как о мере инертности тела. Инертность — это характеристика, которая показывает, что может натворить предмет. То есть, когда в вас летит пёрышко, то оно обладает малой инертностью (вы лёгко его собьёте с пути), а если на вас несётся поезд, то убегайте с рельсов, тормозить его рукой не получится. Всё это от того, что у пёрышка и поезда разная инертность, а значит, масса.

Так вот, взвешивая на Земле килограммовые куски ваты и свинца, мы должны учитывать силу, которая действует на наши объекты. И, помимо гравитации, планетная атмосфера обладает очень интересным свойством — выталкиванием. В принципе, вода тоже выталкивает объекты, вы наверняка наблюдали подобное в ванной.

Газ или жидкость с определённой силой как бы поднимают предметы, разного объёма — по-разному. Поэтому на небольшой слиток массой 1 кг действует гравитация Земли и (в качестве добавки) выталкивающая сила атмосферы. Она не очень велика, ведь объём слитка мал. А вот на килограмм ваты (явно большего объёма) выталкивающая сила действует… сильнее. Она препятствует гравитации прижимать вату к весам, и… килограмм ваты оказывается легче!

Да сколько же их тут?!

На данный момент существует около 40 или уже 50 гипотез о том, как произошла наша Вселенная. Нет, никто не опровергает теорию Большого взрыва — этот феномен уже доказан. Интересно, какие причины привели к взрыву, и именно этот вопрос породил столько предположений.

А ведь пока мы не докопались до истины, остаётся неясным, что толкает Вселенную постоянно расширяться и какие последствия ждут космос при этом. Да, все звезды и галактики, которые вы видите на небе, постоянно разлетаются в стороны — Вселенная не замерла на месте, её размеры достаточно быстро растут. Это значит, что есть ненулевая вероятность существования параллельных миров!

Представьте себе: за некоторые мгновения до Большого взрыва пространство расширялось ещё быстрее, и нет никакой гарантии, что это расширение было равномерно. Буквально выражаясь, тогда вся материя растекалась, как кофе, который пролили на клеёнку. И какие-то участки могли «убежать» вперёд быстрее остальных, попросту отвалиться и создать свой собственный мир, который с нашим никак не пересекается.

Более того, на границах известной и родной для нас Вселенной такие разрывы могут происходить прямо сейчас. Мы вполне можем оказаться по соседству с другими, параллельными вселенными, существующие законы физики этот удивительный вывод не опровергают.

Только вот вряд ли «там» есть наши двойники и вообще что-то похожее на знакомую человечеству обстановку. Да и не существует сейчас способов обнаружить те параллельные миры. Представьте себе мыльные пузыри, которые летают в тёмной комнате. Примерно так может выглядеть картина множественных вселенных за пределами нашего мира. Я бы даже сказал, за пределами нашего понимания…

Физики шутят. Или нет?

На самом деле, основная задача физики — попытаться понять правила игры природы и описать их (а не нарешать кучу задачек для ЕГЭ). Для этой цели учёные порой проводят такие исследования и эксперименты, что их награждают шуточной Шнобелевской Премией за результат. В России считают эту премию позорным призом за глупые научные работы, но это далеко не так.

Шнобелевскую премию исследователи получают из рук нобелевских лауреатов в Гарвардском университете, потому что основная цель премии — подчеркнуть, что даже самые смешные и экстравагантные научные открытия приближают нас к постижению мира или становятся началом новых исследований.

Я отобрал несколько лауреатов премии в области «физика». Держитесь, вам с этим жить:

😂2017 год

Марк Антуан Фардин издал научную работу «О реологии кошек». Он доказал, что кошки могут считаться как твёрдым телом, так и жидкостью, так как принимают форму сосуда, в котором лежат. При этом, согласно исследованиям физика, взрослые кошки растекаются быстрее котят.

😂2016 год

Дружный международный коллектив учёных — Габор Хорват, Миклос Благо, Дьёрди Криска, Рамон Хегедус, Балаз Герикс, Роберт Фаркас, Сюзанн Акессон, Питер Малик и Гансруэди Вилдермут — в своей работе объяснил, почему стрекозы склонны выбирать чёрные надгробия, когда останавливаются в перелётах через кладбища.

😂2015 год

Интернациональная группа физиков из Тайваня и США открыла новую универсальную постоянную: почти все млекопитающие, независимо от их размера и веса, тратят на… поход в туалет для выведения жидкости, скажем так, в среднем 21 секунду (плюс-минус 13 секунд)

😂2014 год

Японские учёные провели эксперимент по измерению количества трения между обувью и кожурой банана, а также между кожурой банана и полом, когда человек наступает на банановую кожуру, валяющуюся на полу. Они первые построили почти полную модель подскальзывания.

😂2010 год

Физики из Университета Новой Зеландии после долгих исследований определили надёжный способ спастись от падений, переломов и ушибов на льду зимой. Учёные пришли к ошеломляющему выводу: чтобы повысить устойчивость в гололёд достаточно надеть носки снаружи на обувь.

Квантовая физика и мячик

Я очень люблю квантовую физику: в ней столько всего мозговыносящего для обычного человека, что этот мир тайн и загадок не перестаёт удивлять!

Вот, например, есть такой интересный принцип — соотношение неопределённости Гейзенберга. Сразу скажу, что ему подчиняются микрочастицы, то есть те, которые мы не можем увидеть, но из которых всё вокруг состоит. Звучит он просто: у частицы не могут быть одновременно точно измерены положение и скорость. Этот принцип можно объяснить как на опыте, так и примерами из нашего опыта. В последнем случае это будет просто образно, так как для больших объектов есть своя, привычная для нас физика.

Итак, предположим, вы взяли лазерную указку и стали светить ей на стену. Полюбовались и поставили между лазером и стеной преграду с небольшой щелью, причём зазор щели можно регулировать. Когда вы будете уменьшать промежуток щели, то световое пятно на стенке будет всё сжиматься и сжиматься. Но когда промежуток станет совсем маленьким, луч лазера вдруг расширится и потускнеет, причём потускнеет вообще без видимой системы, где ему захочется. Вот вам и квантовая физика сработала: когда, казалось бы, пятно должно было превратиться в маленькую точку, оно повело себя непредсказуемо, то есть неопределённо 😊

А теперь то же самое с мячиком для пинг-понга. Пока он летит, вы можете его схватить. Тогда вы определите его положение. Скорость при этом так и останется неизвестной, вернее неточной. Но если его полёт не прерывать, вы можете лишь измерить его скорость, а положение будет просто цепочкой вероятностей.

Удивительно в этом принципе то, что весь мир состоит из частиц, поведение которых вообще нельзя точно измерить.

Сенсация о летающих тарелках

Начиная с 1947 года, в США действовала очень интересная разведывательная программа под названием «Небесный крюк». Тогда ещё спутников-шпионов не было, и разные страны буквально соревновались в выпуске самых причудливых технических средств, которые позволяли бы дистанционно подглядывать за противником. Экстравагантнее всего поступили в США — об этом мы узнали благодаря Бернарду Гилденбергу, полковнику в отставке. В своём интервью он сообщил, что на протяжении многих лет американцы использовали аэростаты с записывающей аппаратурой, которые запускались с авиабаз в штате Нью-Мексико.

Эти огромные, с трёхэтажный дом, шары заполняли гелием и отправляли почти в свободный полёт (двигатели на них не устанавливали). Попадая в верхние слои атмосферы, разведывательные аэростаты подхватывали сильнейшие ветры и относили куда подальше — в нашем случае к просторам СССР. Правда, долетали до цели не все из-за технических неисправностей или из-за меткости и боеготовности сил противовоздушной обороны Советского Союза.

За годы программы было произведено более 640 запусков, а начало «Небесного крюка» совершенно внезапно совпало с волной сообщений об НЛО в западной прессе 😊 Ну да, цель этой заметки как раз и раскрыть тайну нашествия тарелочек, которое датируют именно концом 40-х годов. Как вы поняли, за инопланетные корабли принимали вполне себе земную технику. Хотя летящий на большой высоте аэростат серебристого или вовсе белого цвета, да ещё подгоняемый свирепым ветром, действительно вводил людей в заблуждение.

Когда необходимость в «Крюке» отпала, аэростаты продолжали запускать. По словам Гилденберга, спустя десятилетие он как консультант был задействован в проекте по исследованию крылатых ракет. Цель была проста — усовершенствовать систему наведения. Для этого в небо снова отправляли шары, но со сверхмощными фонарями, которые то зажигались, то гасли на большой высоте, словно расчерчивая траекторию для полёта ракеты. Выглядит такой высотный фонарик явно как дело рук инопланетян 😊

Со всеми подобными проектами связан ряд забавных случаев. Так, в октябре 1953 года на одном из шпионских аэростатов отказала система приземления (обычный таймер, который спускал часть газа, и шарик неспеша сваливался и ожидал прилёта военных). И аэростат, пролетев над Северной Америкой, отправился дальше, примерно к Лондону. Естественно, его сфотографировали очевидцы на суше и на кораблях в океане, следом новость дошла до газетчиков, и понеслось! Примечательно, что все программы по разведывательной деятельности американцев уже рассекречены, равно как и случай с потерей аэростата, но любители паранормальных явлений до сих пор повторяют историю про гигантский НЛО над океаном, который двигался к Британским островам…

(по материалам статьи в журнале «Наука и жизнь», №11, 2006 год, стр.128)

Р.S. Высотные аэростаты серебристого цвета до сих пор регулярно запускают для исследования атмосферы и погоды. В том числе и у нас.

Бесконечность на новый лад

В ясный осенний вечер мы можем наблюдать множество ярких (и не очень) звёзд на небе. Все они принадлежат нашей галактике — Млечному Пути, огромному набору светил, пыли и газа.

Но было бы наивно предполагать, что Млечный Путь в космосе такой один — совсем рядом, по меркам Вселенной, находятся другие скопления звёзд. Это Туманность Андромеды, Большое и Малое магеллановы облака. Тоже галактики, сравнимые с нашей по размерам и примерно одного возраста. Но галактики, внушительные, если судить по известным нам расстояниям, имеют тенденцию группироваться! Причём эти группы очень и очень своеобразны: бывают цепочки звёздных скоплений, а иногда даже стены (как образование Великая стена Слоуна, раскинувшаяся на миллиарды световых лет!).

Масштабные скопления галактик разделены не менее гигантскими пустотами, которые называют войдами. Там почти ничего нет: это своеобразные пустыри Вселенной, через который свет путешествует миллиарды лет, не встречая никаких препятствий.

А теперь внимание: вместе эти нити, пустоты и стены складываются в самые… (нет, слово «гигантские» тут не подойдёт), в самые-самые суперструктуры, чья протяжённость составляет примерно 10 миллиардов световых лет.

Иногда дух захватывает не от бесконечности Вселенной, а от бесконечности элементов в космосе, которые, кажется, мы ещё не все отыскали и уж тем более не все изучили.

Инопланетяне на Луне? Или всё же вулканы?

Единственный спутник нашей планеты — Луна — не только красивое небесное тело и объект постоянных наблюдений. Некоторые, скажем так, средства массовой информации, любят выпускать статьи про то, как на Луне то тут, то там замечают странные явления. Конечно, природу этих необъяснимых случаев приписывают деятельности инопланетян. Никто не отрицает, что есть вероятность существования внеземных цивилизаций, но это только вероятность и списывать на тарелочки всё подряд как минимум, странно.