Текст книги "Физики продолжают шутить"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 15 страниц)

О возможности создания электростанций на угле

О.Фриш

От редактора

Приводимая ниже статья перепечатана из ежегодника Королевского института по использованию энергетических ресурсов за 40905 год, стр. 1001.

В связи с острым кризисом, вызванным угрозой истощения урановых и торцевых залежей на Земле и Луне, редакция считает полезным призвать к самому широкому распространению информации, содержащейся в этой статье.

Введение

Недавно найденный сразу в нескольких местах уголь (черные, окаменевшие остатки древних растений) открывает интересные возможности для создания неядерной энергетики. Некоторые месторождения несут следы эксплуатации их доисторическими людьми, которые, по-видимому, употребляли уголь для изготовления ювелирных изделий и чернили им лица во время погребальных церемоний.

Возможность использования угля в энергетике связана с тем фактом, что он легко окисляется, причем создается высокая температура с выделением удельной энергии, близкой к 0,0000001 мегаватт-дня на грамм. Это, конечно, очень мало, но запасы угля, по-видимому, велики и, возможно, исчисляются миллионами тонн.

Главным преимуществом угля следует считать его очень маленькую по сравнению с делящимися материалами критическую массу. Атомные электростанции, как известно, становятся неэкономичными при мощности ниже 60 мегаватт, и угольные электростанции могут оказаться вполне эффективными в маленьких населенных пунктах с ограниченными энергетическими потребностями.

Проектирование угольных реакторов

Главная трудность заключается в создании самоподдерживающейся и контролируемой реакции окисления топливных элементов. Кинетика этой реакции значительно сложнее, чем кинетика ядерного деления, и изучена еще слабо. Правда, дифференциальное уравнение, приближенно описывающее этот процесс, уже получено, но решение его возможно лишь в простейших частных случаях. Поэтому корпус угольного реактора предлагается изготовить в виде цилиндра с перфорированными стенками. Через эти отверстия будут удаляться продукты горения. Внутренний цилиндр, коаксиальный с первым и также перфорированный, служит для подачи кислорода, а тепловыделяющие элементы помещаются в зазоре между цилиндрами. Необходимость закрывать цилиндры на концах торцовыми плитами создает трудную, хотя и разрешимую математическую проблему.

Тепловыделяющие элементы

Изготовление их, по-видимому, обойдется дешевле, чем в случае ядерных реакторов, так как нет необходимости заключать горючее в оболочку, которая в этом случае даже нежелательна, поскольку она затрудняет доступ кислорода. Были рассчитаны различные типы решеток, и уже самая простая из них – плотноупакованные сферы, – по-видимому, вполне удовлетворительна. Расчеты оптимального размера этих сфер и соответствующих допусков находятся сейчас в стадии завершения. Уголь легко обрабатывается, и изготовление таких сфер, очевидно, не представит серьезных трудностей.

Окислитель

Чистый кислород идеально подходит для этой цели, но он дорог, и самым дешевым заменителем является воздух. Однако воздух на 78% состоит из азота. Если даже часть азота прореагирует с углеродом, образуя ядовитый газ циан, то и она будет источником серьезной опасности для здоровья обслуживающего персонала (см. ниже).

Управление и контроль

Реакция начинает идти лишь при довольно высокой температуре (988° по Фаренгейту). Такую температуру легче всего получить, пропуская между внешним и внутренним цилиндрами реактора электрический ток в несколько тысяч ампер при напряжении не ниже 30 вольт. Торцовые пластины в этом случае необходимо изготовлять из изолирующей керамики, и это вместе с громоздкой батареей аккумуляторов значительно увеличит стоимость установки. Для запуска можно использовать также какую-либо реакцию с самовозгоранием, например между фосфором и перекисью водорода, и такую возможность не следует упускать из виду. Течение реакции после запуска можно контролировать, регулируя подачу кислорода, что почти столь же просто, как управление обычным ядерным реактором с помощью регулирующих стержней.

Коррозия

Стенки реактора должны выдерживать температуру выше 1000°К в атмосфере, содержащей кислород, азот, окись и двуокись углерода, двуокись серы и различные примеси, многие из которых еще неизвестны. Не многие металлы и специальная керамика могут выдержать такие условия. Привлекательной возможностью является никелированный ниобий, но, возможно, придется использовать чистый никель.

Техника безопасности

Выделение ядовитых газов из реактора представляет серьезную угрозу для обслуживающего персонала. В состав этих газообразных продуктов, помимо исключительно токсичных окиси углерода и двуокиси серы, входят также некоторые канцерогенные соединения, такие, как фенантрен. Выбрасывание их непосредственно в атмосферу недопустимо, поскольку приведет к заражению воздуха в радиусе нескольких миль. Эти газы необходимо собирать в контейнеры и подвергать химической детоксификации. При обращении как с газообразными, так и с твердыми продуктами реакции необходимо использовать стандартные методы дистанционного управления. После обеззараживания эти продукты лучше всего топить в море.

Существует возможность, хотя и весьма маловероятная, что подача окислителя выйдет из-под контроля. Это приведет к расплавлению всего реактора и выделению огромного количества ядовитых газов. Последнее обстоятельство является главным аргументом против угля и в пользу ядерных реакторов, которые за последние несколько тысяч лет доказали свою безопасность. Пройдут, возможно, десятилетия, прежде чем будут разработаны достаточно надежные методы управления угольными реакторами.

О. Фриш – известный физик-теоретик, профессор Тринити-колледж, Кембридж, Англия, член Королевского общества.

К 50-летию Рудольфа Пайерлса

«Вначале был нейтрон»

Рудольф Пайерлс родился в 1907 году, и этот факт имеет первостепенное значение, по крайней мере с точки зрения издания настоящего сборника. Если в детстве он и был гениальным ребенком, то об этом никто не помнит. Поэтому мы не будем интересоваться его допрофессорской жизнью, заметим только, что сперва он учился у Зоммерфельда, а затем был переброшен к Гейзенбергу. Большинство своих открытий того времени он сделал в поездах. Путешествия заносили его далеко, например в Россию, и никто из знающих его жену не обвинит Пайерлса в том, что он вернулся оттуда с пустыми руками.

Некоторое время он работал ассистентом Паули. Паули, очевидно, был им очень доволен, потому что впоследствии с любовью вспоминал, что «Der Peierls hat immer Qautsch gerechnet» (этот Пайерлс всегда вычислял какую-нибудь ерунду).

В это время он внес свой крупный вклад в квантовую теорию излучения, и тут они с Ландау заварили такую кашу, что Бор и Розенфельд расхлебывали ее несколько месяцев. За время, прошедшее с тех пор, он, по-видимому, высказал больше неверных гипотез, чем любой другой физик за любой отрезок времени, что целиком подтверждает известную договорку: «Добро, содеянное человеком, живет и после него, а зло... покрывают его ученики».

По электронной теории металлов у него тоже были работы. И хотя они и не остались неопубликованными, в удобочитаемой форме их можно найти лишь в книге «Квантовая теория твердого тела». Не следует забывать и его вклад в ядерную физику. Его старому учителю приписывают высказывание, что критические замечания Пайерлса всегда были лучше, чем его работы, во всяком случае они гораздо эффективнее опровергали разные хорошие идеи. (Похоже, что этому он научился у своего учителя.) Кроме того, он внес свою лепту в теорию относительности, теорию поля, теорию отопления жилых помещений, в создание паровых котлов с автоматической углеподачей, в воспитание молодого поколения и т.д. и т.п. Но, пожалуй, больше всего он сделал в качестве педагога. Термин «пайерлсизация» в физике означает умение набить 30 человек в помещение, рассчитанное на 15, не пользуясь ни оливковым маслом, ни томатным соусом...

Я незнаю

П.А.У.Л.И. и его применение

В. Вайскопф

Получено в июле 1932 года, частично рассекречено в июле 1951 года

Эта работа в течение 25 лет была засекречена Швейцарской комиссией по атомной энергии. Недавно получено сообщение, что в СССР создана такая же машина, но с радиусом в полтора раза больше, и ШКАЭ разрешила частичную публикацию работы.

Швейцарский федеральный технологический институт недавно приобрел прибор, обладающий уникальными возможностями. Этот сложный механизм предназначен для проверки физических теорий, а также для производства новых теорий и идей. Из-за необычайно тонкой и чувствительной конструкции этой машины обращение с нею и успешное использование оказались довольно затруднительными. Автор настоящей заметки имел редкую возможность изучать и использовать этот механизм в течение длительного промежутка времени и хочет поделиться здесь приобретенным опытом.

Сокращенное название машины – П.А.У.Л.И. – расшифровывается как «Производство Антисимметричных Унитарных Лоренц-Инвариантных (теорий)». При умелом, как указывалось выше, обращении машина не только создает новые правильные теории, но и исключительно бурно реагирует на теории, созданные другими физиками, если они не обладают характеристиками, перечисленными в названии машины, и (или) другими необходимыми свойствами. Машина имеет почти сферическую форму. Очень важны ее динамические характеристики. Аппарат обладает основной частотой осцилляций «омега»0, которая возбуждена постоянно, даже если аппаратом не пользуются. Величина частоты не является строго постоянной, но ограничена пределами

0,8 < «омега»0 < 2,2 сек–1.

Всем потребителям рекомендуется тщательно следить за точным значением частоты и амплитуды колебаний машины по помещению, поскольку эти значения тесно связаны с ее рабочими показателями.

К несчастью, устройство довольно громоздко, и работа его сильно зависит от регулярного снабжения специальным горючим, которое не всегда легко достать в других странах. По этой причине мы не советовали бы заводить дубликат машины, скажем, в Англии. Еще не совсем понятно почему, но никто никогда не мог заставить эту машину работать до полудня. Даже в ранние послеобеденные часы она работает с перебоями и часто отвергает безукоризненно инвариантные теории.

Сначала мы обсудим использование машины для проверки теорий, созданных потребителями. Нужно соблюдать специальные меры предосторожности во всем, что касается формы, в которой теория вводится в машину. Но даже если использована самая выигрышная форма, машина не всегда будет работать как следует. Управлять ею должен специалист. С первой попытки машина, как правило, не отвергает теорию и не подтверждает ее, а остается в инертном состоянии, совершенно неожиданном для конструкций такого типа. Иногда после того как теория излагается механизму в течение получаса, появляется первая реакция, но настолько слабая, что неискупленный человек склонен заподозрить какую-нибудь неполадку. Однако вскоре обнаруживаются первые признаки работы в виде издаваемых машиной слабых звуков, отдаленно напоминающих немецкие словосочетания вроде «Ganz dumm», «Sind Sie noch immer da?» (Очень глупо. Вы все еще здесь?), которые иногда сопровождаются нерегулярными флуктуациями частоты и амплитуды упомянутого выше основного колебания.

После многократного введения теории в машину (иногда это приходится повторять до пятидесяти раз) удается наконец добиться положительной реакции – машина скрипит и произносит: «Ach so, warum haben Sie das nicht gleich gesagt!» (Ах так? Так почему же вы мне это сразу не сказали!). Это показывает, что колесики наконец пришли в зацепление и процесс начался. Результаты работы машины сообщаются следующим кодом: периодически повторяющиеся звуки «Ganz falsch», «Sie sind schon wieder so duram», «Naturlich, wieder falsch» (Полностью неверно. Вы опять несете чепуху. Конечно, снова неверно.) – означают, что теория неверна. Но если раздается: «Hab ich nur auch schon uberlegt?», «Das kann man besser machen» (Разве я не говорил об этом раньте? Это можно сделать лучше.), – то это служит указанием, что теория справедлива.

Интересно также поместить машину в аудиторию во время семинара. При планировании такой операции необходимо предусмотреть некоторое пространство для основных колебаний, амплитуда которых обнаруживает тенденцию к увеличению во время таких экспериментов. Результаты, как правило, бывают не слишком успешными. Из-за исключительной чувствительности устройства в некоторых случаях наблюдается положительная обратная связь, которая временами приводит к пробою. Пробой представляет обычно заметную опасность для докладчика, но на машине серьезно не отражается. В отдельных случаях такие разряды на непродолжительное время даже улучшали показатели машины.

Теперь мы перейдем к рассмотрению второго назначения машины П.А.У.Л.И., а именно для производства новых теорий. Хотя можно было опасаться, что эта задача будет более сложной, для обслуживающего персонала она как раз оказалась намного проще. Фактически необходимо лишь изолировать машину от внешних возмущений. Пока аппарат снабжается достаточным количеством белой бумаги, заправляется подходящим горючим (показано, что для последней цели лучше всего использовать 5 фунтов смеси углеводов с растительными белками, предварительно нагретой до 700 К, которая затем охлаждается и вводится в машину маленькими порциями по 20...30 граммов) и изолируется от акустического шума, особенно создаваемого студентами, он непрерывно извергает из себя потрясающее количество новых правильных теорий, записанных на бумаге.

Показатели машины могут быть существенно улучшены добавлением к горючему определенных химических соединений, таких, как... (Окончание статьи до сих пор не рассекречено.)

В. Вайскопф – известный американский физик-теоретик, генеральный директор ЦЕРН, автор вышедших в русском переводе нескольких книг по теории ядра.

Закон Паркинсона в научных исследованиях

Норткот С. ПАРКИНСОН

Мне, как постороннему наблюдателю, кажется, что люди, которые обращаются в Фонды и Тресты, в организации, носящие имена Рокфеллера, Гогенгейма и Форда, прежде чем это делать, должны исследовать вопрос о погоне за субсидиями с научной точки зрения. В противном случае их ждет разочарование. Зная, что сбережения необходимо тратить, а доходы – расходовать, пока их не обложили налогом, эти люди часто думают, что стоит лишь придумать план, составить смету, и вас везде примут с распростертыми объятиями. Предположим, у некоего доктора Дайфонда есть план, как определить заболеваемость филателией в Гонконге. В мечтах он видит себя в конторе треста Вандерфеллера перед советом директоров, в состав которого входят д-р Плиз, м-р Отдалл, м-р Роздалл и м-р Рискнулл. Они в восторге от его плана и беспокоятся только, хватит ли доктору тех полутора миллионов долларов, которые он просит. У них сложилось впечатление, что пять миллионов – более реальная цифра. «Какие доллары вы имеете в виду?» – спрашивает робко Дайфонд. «Я имел в виду, конечно, американские доллары», – отвечает д-р Плиз. Мистер Отдалл выписывает чек и желает Дайфонду всего наилучшего. Разговор окончен. Таковы грезы.

А что в действительности? Дайфонд оказывается в кабинете лицом к лицу с д-ром Скупоу, м-ром Фигвам и м-ром Г. де Гарантия. Скупоу говорит, что Гонконг под устав Фонда не подходит и они не могут дать ни цента.

Фигвам заявляет, что филателия скорее социальное зло, нежели болезнь, и поэтому выходит за пределы их компетенции. Г. де Гарантия считает весь план политически опасным, поскольку речь идет о Гонконге. Все вместе объясняют, что вся эта идея недопустима, неприемлема, аморальна и незаконна. Дайфонда выбрасывают на улицу, и швейцару дается указание впредь его не впускать. Оставленные им бумаги пересылаются прокурору в качестве вещественных доказательств на предмет возбуждения уголовного дела по обвинению в вымогательстве.

Вы спросите, в чем же ошибка Дайфонда? Имеются люди, которые должны истратить деньги. А он предлагает план, как их истратить. Так. Почему бы нет? Его проект, так категорически отвергнутый, ничуть не бесполезнее многих других, уже осуществленных. Почему же его прогнали? Просто потому, что это его план. Точно такой же свой план они признали бы блестящим. Главное в искусстве получения субсидий и дотаций – это убедить чиновников Фонда, что проект предложили они сами, а вы лишь поддакивающая им пешка, заранее согласная со всеми их предложениями.

Предположим теперь, что субсидию вы все же получили – может быть, от правительства, может быть, от общественных благотворительных организаций, а скорее всего за счет частного пожертвования. Теперь ваша ближайшая задача – израсходовать и даже перерасходовать эти средства как можно быстрее, чтобы в следующий раз попросить уже побольше. Благотворители всем другим расходам предпочитают расходы на постройку здания – ведь в его фундамент можно торжественно заложить первый камень, а на стену повесить мемориальную доску с фамилией жертвователя. А какую рекламу мог обеспечить им доктор Дайфонд? Надгробие на собственной могиле? Если уж вы решили возвести здание, то лучше всего пристроить помпезную мемориальную арку к уже существующей больнице между лабораторным и административным корпусами, а для себя надстроить где-нибудь уютную квартирку: очень важно жить поблизости от места работы. Кроме того, надпись на мемориальной доске (и в этом преимущество предложенного метода) можно составить так, чтобы она создавала впечатление, не утверждая в то же время этого прямо, что жертвователь заплатил за всю больницу. Сочинение надписи следует поручить специалисту по двусмысленностям. За небольшую, вернее за относительно небольшую, плату я сам взялся бы сочинить такую надпись. Постройка парадного въезда – самое верное дело для привлечения пожертвований (и запомните – у больницы могут быть не одни ворота, а несколько). Но всем зданиям присущ общий недостаток: число ученых, которые в них работают, очень быстро увеличивается, они наполняют здание и переполняют его, в результате чего проблема помещения встает острее, чем прежде. Кажется даже, что сами помещения уменьшаются в размерах (это, конечно, обман зрения, но отмеченный выше факт не подлежит никакому сомнению).

Аналогичному закону непрерывного роста подчиняется и число журналов, освещающих прогресс в определенной области науки. Почему это происходит? В течение долгого времени никто не мог дать толкового ответа на этот вопрос, поэтому я не без удовольствия сообщаю, что мне удалось вскрыть истинные причины размножения научных журналов и законы, по которым оно происходит. Эти законы я поясню на следующем примере. Предположим, что самый старый и респектабельный из всех журналов по клинической медицине (журнал №1) в течение многих лет издавался профессором А. Этот профессор был выдающимся человеком (настолько выдающимся, что многие, вероятно, догадываются о его имени, которое я не смею здесь назвать). Он умер несколько лет назад. Если Ав чем-нибудь ошибался (а кто из нас не ошибается!), то лишь в том, что отказывался публиковать все статьи, с которыми не был согласен. Практически это означает – все статьи, написанные чуть-чуть выше ученического уровня. Это продолжалось несколько лет и страшно надоело профессору Б, который никогда и ни в чем не соглашался с профессором А. Если бы, например, их попросили написать слово «винегрет», я уверен, что они написали бы его по-разному. При столь поражающей разнице во взглядах не удивительно, что статьи профессора Бв течение двадцати трех лет неизменно возвращались автору. По истечении этого срока он решил основать журнал №2. Это издание начало выходить на более либеральной основе, и сперва в нем печаталось все, кроме работ тех авторов, относительно которых было точно известно, что они являются последователями профессора А. Но и у профессора Ббыли свои высокие принципы. Он считал, что любые взгляды, в том числе и те, которые немного отличаются от его собственных, заслуживают права на свободное изложение; он настаивал лишь на том, чтобы они были изложены последовательно и научно. И вот ему пришлось однажды, а затем и еще раз отвергнуть работы, представленные профессором В. (Об этом последнем я должен говорить с осторожностью: он здравствует и поныне и заслуженно получает пенсию). Его все считали оригинальным и интересным мыслителем, но находили, что он несколько тороплив в своих выводах и слегка небрежен при изложении результатов. Обнаружив, что его статьи отвергаются журналами №1 и №2, он стал основателем и первым издателем журнала №3, который не отказывался от самых невразумительных работ на самые туманные темы. Все вы знаете, какой журнал я имею в виду. Но если знаете, то должны заметить, что и у него есть репутация, которой он дорожит. Его литературный уровень очень высок. Быть может, в его сообщениях ничего не сообщается, а рисунки доказывают утверждения, обратные тем, которые они должны иллюстрировать, но грамматика в этом журнале выше всякой критики. Следуя его клиническим советам, вы можете стать убийцей, но страницы этого издания никогда не осквернялись тяжеловесным оборотом. Чувствуя себя обязанным охранять литературную репутацию журнала (только поэтому!), редактор был вынужден отклонять работы профессора Г. Но – мы это все знаем – профессор Гне такой человек, которому можно закрыть доступ к печатным страницам. И вот читатель получает журнал №4. Но ведь и Гдолжен где-то провести запретную черту! Он упорно отказывается публиковать труды профессора Дпод тем предлогом, что Дне знает орфографии. (И это, честно говоря, правда). Конечно, некоторые станут утверждать, что статью можно доработать и в редакции. (И это, разумеется, справедливо). Но профессора Гтоже можно понять, и я не стал бы обвинять его в ограниченности. Просто он не хочет, чтобы о журнале №4 ходила молва, будто там принимают все, что напечатано на машинке на одной стороне листа через два интервала. Он должен поддерживать престиж журнала. С другой стороны, ни у кого не поднимется рука бросить камень в профессора Дза то, что он начал издавать журнал №5. Именно такое развитие событий привело к тому, что только по вопросам зубоврачевания и зубопротезирования у нас издается около восьмидесяти журналов.

Если бы прогресс в науке измерялся только количеством опубликованных работ, то число существующих журналов могло бы стать источником удовлетворения и гордости. Но необходимо помнить, что каждому журналу нужен редакционный совет и редколлегия, несколько редакторов с помощниками, многочисленные обозреватели, консультанты и рецензенты. За счет человеко-часов, потраченных на академическую журналистику, теряется масса времени, предназначенного для научной работы. Если бы все, имеющие касательство к какому-то определенному вопросу, читали журналы, издаваемые другими (а это лучший способ избежать дублирования), то ясно, что у них не осталось бы времени ни на что другое. Интересно отметить, что те немногие люди, исследования которых представляют хоть какую-то ценность, обычно держат друг друга в курсе своих дел с помощью личной переписки.

Из сказанного можно ошибочно заключить, что всякий человек, посвятивший себя научной работе, заканчивает свою карьеру редактором. Это неверно. Становятся редакторами лишь те, кому не удается занять административную должность.

Каков нормальный ход событий? Человеку, сделавшему значительный вклад в науку, настойчиво предлагают субсидии для расширения фронта исследований. Именно так случилось с доктором Ложкинсом, блестящим сотрудником профессора Вилкинса. Разве можно забыть его речь, произнесенную на заседании Американской федерации клинических исследований в 1938 году! По его теории художники, создающие современную абстрактную живопись, как правило, страдают дальтонизмом, а в отдельных случаях – слабоумием. Этим он создал себе репутацию, и фонд Далвзялкинса поспешил щедро субсидировать его дальнейшую работу. Ложкинса попросили выяснить, действительно ли у композиторов, пишущих танцевальную музыку для молодежи, отсутствует музыкальный слух (как подозревал профессор Вилкинс) или они просто психически недоразвиты (мнение, к которому склонялся сам Ложкинс). Это был грандиозный проект. Сектор А предназначался для работы с художниками, страдающими цветной слепотой, а сектор В – для обследования умственно неполноценных джазистов. Отныне доктору Ложкинсу приходилось заниматься организацией работы своего персонала, насчитывающего 432 человека, из которых 138 имели медицинскую или научную квалификацию, 214 имели среднее и высшее техническое образование, 80 были наняты для канцелярской работы. Ну, а то, что сам доктор Ложкинс лишился возможности заниматься научной работой, – очевидно. Но не многие люди понимают, что на этом пути они лишатся также и возможности руководить чьей-либо научной работой. Они будут все время тратить на проблемы рационального использования рабочих помещений, заниматься техникой безопасности, составлением графика отпусков, упорядочиванием заработной платы и т.д. и т.п.

Теперь мы можем сформулировать «Закон Паркинсона для научных исследований». Вот он: «Успех в научных исследованиях вызывает такое увеличение субсидий, что продолжение исследований становится невозможным».

Напечатано в «New Scientist», 13, №271 (1962).

Норткот Паркинсон – автор известных книг «The Evolution of Political Thought», «The Law and The Profits», «In-Laws and out-Laws».