Жидкости

Температура и давление на поверхности нашей планеты, допускающие существование на ней жидкой воды, стали результатом интересного сочетания условий. Так, если бы у Земли не было жидкого ядра из расплавленного металла, которое создает вокруг планеты магнитное поле, защищающее нас от солнечного ветра, вся вода, скорее всего, исчезла бы миллиарды лет назад. В общем, на нашей планете одна жидкость породила другую, что привело к возникновению жизни.

Но при этом жидкости разрушительны. Пена на ощупь мягкая, потому что легко сжимается; если прыгнуть на матрац из какого-нибудь пеноматериала, легко почувствовать, как он подается под вами. Жидкости так не делают; они текут – одна молекула перемещается на место, освобожденное другой. Это можно увидеть в реке, или включив кран в ванной, или помешав ложечкой кофе в чашке. Когда вы прыгаете с трамплина и погружаетесь в воду, ей приходится расступаться перед вами, растекаться в стороны. Но этот процесс требует времени, и если скорость вашего столкновения с поверхностью слишком велика, то вода, не успевшая достаточно быстро утечь из-под вас, толкнет вас в ответ. Именно эта сила вызывает жжение на коже, когда вы неудачно – на живот – прыгаете в бассейн, и делает падение в воду с большой высоты подобным приземлению на асфальт. Из-за несжимаемости воды волны могут иногда обретать громадную разрушительную мощь и способны в случае цунами сносить здания и разрушать города, а машины бросать играючи, как щепки. Например, в 2004 г. землетрясение в Индийском океане вызвало серию цунами, ставших причиной гибели двухсот тридцати тысяч человек в четырнадцати странах. Эта природная катастрофа стала восьмой по разрушительности из всех зарегистрированных в истории человечества.

Еще одно опасное свойство жидкостей – способность взрываться. Когда я начинал работу над своей докторской диссертацией в Оксфордском университете, мне приходилось готовить небольшие образцы для электронного микроскопа. Помимо прочего, этот процесс предполагал охлаждение жидкости – раствора для электрохимической полировки – до температуры –20°C. Это была смесь бутоксиэтанола, уксусной кислоты и хлорной кислоты. Другой аспирант из той же лаборатории, Энди Годфри, показал мне, как это делается, и я считал, что вполне освоил процесс. Но через несколько месяцев Энди заметил, что во время электрохимической полировки я нередко позволяю раствору слегка нагреться. «Я не стал бы так делать», – сказал он, заглянув однажды мне через плечо и удивленно подняв брови. Я спросил почему, и он указал мне на висевшее в лаборатории руководство по химической безопасности.

Хлорная кислота агрессивна и разрушительна для тканей человеческого тела. Она может быть опасна для здоровья при вдыхании, проглатывании, попадании на кожу и в глаза. При нагреве до температуры выше комнатной или использовании в концентрации выше 72 % (при любой температуре) хлорная кислота становится сильным окислителем. Органические вещества особенно подвержены спонтанному возгоранию в смеси или при контакте с хлорной кислотой. Ее пары могут образовывать в трубопроводах системы вентиляции перхлораты, чувствительные к ударным нагрузкам.

Иными словами, она может взорваться.

При осмотре лаборатории я нашел много похожих прозрачных бесцветных жидкостей, большинство из которых невозможно было отличить друг от друга. Так, мы использовали в работе плавиковую кислоту, которая мало того что способна проесть себе дорогу сквозь бетон, металлы и плоть, но и является контактным ядом, подавляющим функцию нервной системы. У этого свойства есть одно коварное следствие: человек не чувствует, как кислота сжигает его. Случайный контакт, который легко не заметить, – и она будет постепенно проедать кожу.

Спирт тоже вполне укладывается в категорию ядов. Может быть, таковым он становится только в больших дозах, но в целом он убил намного больше людей, чем плавиковая кислота. Тем не менее он играет громадную роль в обществе и в самых разных культурах по всему земному шару. В разные эпохи его использовали как антисептик, противокашлевое средство, противоядие, транквилизатор и топливо. Главное привлекательное свойство спирта – то, что он угнетает нервную систему. Это психотропное вещество. Многие жить не могут без ежедневного бокала вина, а большинство общественных событий вращается вокруг мест, где подают алкоголь. Мы, может, не доверяем (и справедливо) этим жидкостям, но все равно любим их.

Мы ощущаем физиологическое действие спирта, когда он всасывается в кровоток. Стук нашего сердца – постоянное напоминание о той роли, которую играет кровь в человеческом организме, и о том, что она должна непрерывно циркулировать в нем: мы живем благодаря мощи насоса, а когда перекачивание крови прекращается, умираем. Из всех жидкостей кровь, безусловно, одна из самых жизненно важных. К счастью, сердце сегодня можно заменить, шунтировать или починить как в теле, так и вне его. Саму кровь можно добавлять и извлекать, хранить, передавать от человека к человеку, замораживать и возвращать к жизни. И правда, если бы у нас не было запасов крови, то каждый год умирали бы миллионы людей, которые подвергаются хирургическим операциям, получают ранения в зонах боевых действий или попадают в автокатастрофы.

Но кровь может быть заражена инфекциями, такими как ВИЧ или гепатит, так что она способна не только исцелить, но и нанести вред. Значит, мы должны всегда учитывать ее двойственный характер (это верно и для всех других жидкостей). Важный вопрос не в том, можем ли мы доверять какой-то конкретной жидкости, хороша она или дурна, полезна или ядовита, вкусна или отвратительна; скорее в том, достаточно ли хорошо мы понимаем ее, чтобы использовать ее в своих интересах.

Нет лучшего способа проиллюстрировать мощь и радость от управления жидкостями, чем рассмотреть подробно те из них, с которыми мы имеем дело во время полета на самолете. Поэтому в книге речь пойдет о трансатлантическом перелете и всех тех странных и чудесных жидкостях, которые были в нем задействованы. Сам я летел потому, что умудрился не взорвать себя во время работы над диссертацией, но продолжил заниматься материаловедением и со временем стал директором Производственного института (Institute of Making) при Университетском колледже в Лондоне. Наши исследования посвящены, в частности, тому, как жидкости могут притворяться твердыми телами. Например, битумная основа, из которой делаются дороги, как и арахисовая паста, жидкость, хотя и твердая на вид. В связи с нашими исследованиями мы получаем немало приглашений на конференции по всему миру, куда приходится путешествовать на самолетах, и эта книга – рассказ об одном таком перелете из Лондона в Сан-Франциско.

Полет наш описан в книге языком молекул, сердечного ритма и океанских волн. Моя цель – раскрыть загадочные свойства жидкостей и показать, как мы научились полагаться на них. Маршрут наш пройдет над вулканами Исландии, замерзшими просторами Гренландии, россыпью озер вокруг Гудзонова залива, а затем повернет на юг вдоль побережья Тихого океана. Это достаточно разнообразный фон, чтобы поговорить о жидкостях в разных масштабах – от океанов до капелек в облаках, – рассмотрев параллельно занятные жидкие кристаллы в бортовой мультимедийной аппаратуре, напитки, предлагаемые стюардами авиалинии, и, конечно, авиационное топливо, которое позволяет удерживать самолет в стратосфере.

В каждой главе я рассматриваю отдельную часть полета и свойства жидкостей, которые сделали его возможным: в частности, их способности воспламеняться, растворяться или бродить и т. п. Я показываю, как капиллярное впитывание (поднятие), каплеобразование, вязкость, растворимость, давление, поверхностное натяжение и многие другие странные свойства жидкостей позволяют нам летать вокруг земного шара. Параллельно я рассказываю, почему жидкости текут вверх по стволу дерева, но вниз по склону холма; почему нефть липкая, как волны умудряются проходить такие расстояния, почему одежда сохнет, как жидкости могут быть кристаллами, как не отравиться при изготовлении самогона… и, возможно, главное: как приготовить чашку идеального чая. Так что приглашаю вас в этот перелет вместе со мной и обещаю необычное и чудесное путешествие.