Страница 4 из 39
Все это Альберт Эйнштейн изложил в его знаменитой научной статье о броуновском движении. Он даже теоретически подсчитал и предсказал, насколько должны смещаться пылинки в жидкости, если исходить из того, что их толкают молекулы.
Впрочем, всё это было только предположением, теорией, и сам Эйнштейн сомневался, что кому-нибудь удастся проверить её экспериментально. Однако такой человек нашёлся. Французский физик Жан Батист Перрен в 1908-1913 годах сумел поставить тончайший эксперимент: он проследил путь тысяч частичек в жидкости и измерил их смещения. Результаты полностью соответствовали предсказаниям Эйнштейна, молекулярная теория восторжествовала, а сам Жан Батист Перрен за свои труды был удостоен в 1926 году высшей научной награды — Нобелевской премии по физике.
Элементарные частицы, стремительно пролетающие через специальные камеры, тоже оставляют следы. Их внимательно изучают физики, чтобы узнать все о жизни и взаимодействии этих крошечных частиц материи
Ещё один, но куда более совершенный метод, позволяющий увидеть молекулу, появился в 30-х годах прошлого века. Это был электронный микроскоп. Его создатели, немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска в 1931 году случайно заметили, что если поток электронов проходит сквозь тончайший слой вещества и попадает на чувствительный экран, то на этом экране можно увидеть тени составляющих его молекул. Вот вам ещё одно доказательство существования молекул. Вы можете поглядеть на первый российский электронный микроскоп, если не поленитесь и сходите в Политехнический музей в Москве, где он выставлен на всеобщее обозрение.
Сегодня прогресс науки и техники достиг таких невероятных высот. что появились приборы, позволяющие увидеть атомы! Это — сканирующие зондовые микроскопы, первую модель которых изобрели Герд Бинниг и Генрих Рорер в 1981 году. А в 1986-м за это изобретение, позволяющее исследователям заглянуть в самую глубь материи, им была присуждена Нобелевская премия по физике. И компанию им составил Эрнст Руска. Долго же ему пришлось ждать этой награды, целых 55 лет, но справедливость всё-таки восторжествовала.
В этом микроскопе нового поколения тончайшая игла, заостренная со одного атома, как будто ощупывает поверхность вещества или материала и передаёт его изображение на экран. Так впервые удалось рассмотреть атомы золота на золотой пластинке, которые, как и предполагали химики, расположены плотными рядами, шарик к шарику. А ещё удалось рассмотреть самую главную молекулу жизни — молекулу ДНК, на которой записана вся наследственная информация и которая управляет всеми процессами, происходящими в нашем организме. Так учёные воочию убедились, что молекула ДНК выглядит как длинная цепочка, точнее — как спираль.
Ну что ж, кажется, пора остановиться. Ведь главное мы уже поняли. Всё вокруг нас, включая нас самих, сделано из веществ, вещества — из атомов, атомы — из элементарных частиц. А вот откуда взялись все эти элементарные частицы, из которых сделаны атомы, из которых сделаны вещества, из которых сделано всё, включая нас самих?
Глава 2. Откуда взялись вещества?
Чтобы понять, откуда взялся строительный материал для материи — элементарные частицы, надо отправиться в далёкое прошлое. «Но ведь машины времени существуют только в фантастических романах и фильмах!» — скажете вы. И нет, и да. Пока что, действительно, не создано никакого транспортного средства, которое могло бы физически перенести нас в прошлое. Разве что в фильмах, таких как «Назад в будущее» (США). А было бы здорово: сел в мягкое кресло, пристегнул ремни, установил на дисплее «−2000 лет», нажал кнопку «Поехали», и через считанные минуты ты уже в древнем Риме, в Колизее, наблюдаешь бой гладиаторов. Возможно, созданием такой машины будете заниматься вы, когда станете исследователями. А между тем астрофизикам, изучающим Вселенную, каждый день удаётся заглянуть в далёкое прошлое и узнать о событиях, которые там происходили. На этот случай у них есть свои машины времени — телескопы.
Всё дело в свете. Когда мы смотрим на любой объект или человека, чаще всего на маму, то видим свет, который отражают её лицо, волосы, очки, костюм, маникюр и морщинки возле глаз, когда она улыбается. Отражённый свет попадает в наши глаза, на специальное приёмное устройство — сетчатку. Она, в свою очередь, передаёт сигнал в мозг, и мозг сам строит изображение того, что мы видим. Отражённый свет несёт информацию о мельчайших деталях объекта, его форме, цвете, фактуре — обо всем. Ничто от него не ускользнёт — ни пятнышко на рукаве, ни грязные ботинки, которые вы забыли почистить перед школой, ни обкусанные ногти. Просто идеальный копировщик.
Свет летит с невообразимой скоростью — 300 000 километров в секунду. Ничто во Вселенной не движется быстрее. Но эта скорость всё-таки конечна. И если свету, несущему информацию об объекте, надо преодолеть расстояние в миллионы или миллиарды километров, то на это требуется уже заметное время. Вот мы смотрим на Луну. И что же мы видим? Красивый белый диск на ночном небе, покрытый тёмными пятнами. Иногда нам кажется, что эти пятна складываются в изображение женского лица. Но вряд ли вы задумывались, что, глядя на Луну, мы смотрим в прошлое, на несколько секунд назад. Именно столько времени требуется свету, чтобы преодолеть расстояние от Луны до Земли. А если мы рассматриваем Солнце, то мы ещё больше удаляемся в прошлое — на несколько минут. Они необходимы свету, чтобы добраться от Солнца до Земли, ведь Солнце расположено от нашей планеты значительно дальше.
Что уж говорить, например, об упомянутой звёздной системе Альфа Центавра! В тёмную ясную ночь её можно увидеть на небе, особенно самую яркую её звезду — Альфа Центавра А. Наш взгляд на эту звезду — это бросок в прошлое почти на четыре с половиной года: столько времени добирается свет от звезды до наших глаз. Если обозначить это расстояние в километрах, то получится длиннющее число со множеством нулей. Оперировать такими числами трудно. Поэтому для космических расстояний астрофизики придумали свою меру длины — световой год. Он равен тому расстоянию, которое проходит свет за год, приблизительно 9 460 000 000 000 (9 триллионов 460 миллиардов) километров.
Вот она, машина времени длиной чуть больше тринадцати метров и диаметром — чуть больше четырех. На этом космическом аппарате установлен знаменитый телескоп Хаббл, который оборачивается вокруг Земли за 96 минут и позволяет заглянуть в прошлое Вселенной на 12 миллиардов лет назад
Самая мощная машина времени сегодня — это американский телескоп «Хаббл» (Hubble Space Telescope), который вращается на земной орбите уже 20 лет. Оптические глаза этого телескопа удивительно зоркие. Они видят почти в десять раз лучше, чем его собратья на Земле. Почему, спросите вы? Да всё дело в атмосфере, окружающей нашу Землю, в том воздухе, которым мы дышим. Нам-то он кажется совершенно «пустым» и потому прозрачным. Но на деле всё не так.
Воздух и атмосфера содержат огромное количество разных веществ — кислород, азот, углекислый газ, пары воды и многое другое. Эти вещества летают над нами и вокруг нас в виде одиночных молекул. А мы-то уже знаем, что одиночные молекулы невидимы нашему глазу. Вот нам и кажется, что прозрачный воздух — это сплошная пустота. Однако свет очень чувствителен к той среде, через которую летит. Да и человек тоже: одно дело нестись по берегу вдоль реки, а другое — бежать по мелководью по пояс в воде. Догадайтесь, кто движется быстрее? В атмосфере Земли свет сталкивается с невидимыми молекулами, рассеивается и немного замедляется. Вот поэтому астрофизики и решили поместить телескоп на орбиту Земли, поднять его над атмосферой, расположить в космическом вакууме, где содержание веществ ничтожно и потому нет никаких препятствий для света, нет помех.