Текст книги "Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки"
Автор книги: Карл Саббаг
сообщить о нарушении
Текущая страница: 11 (всего у книги 18 страниц)
Атомы и молекулы
Самое маленькое в мире трио
Ксилофон, гитара и барабан – каждый инструмент по размеру не больше клетки-эритроцита – стали результатом исследований в бурно развивающейся отрасли науки – нанотехнологии. Эта технология, предсказанная почти тридцать лет назад американским инженером-провидцем Эриком Дрекслером, а еще раньше – физиком-теоретиком, лауреатом Нобелевской премии (и по совместительству барабанщиком) Ричардом Фейнманом, стремительно развивается, и вот уже благодаря ей ученые могут, управляя атомами и молекулами, создавать геометрические фигуры, конструкции и даже маленькие устройства – настолько крошечные, что их не разглядеть не только невооруженным глазом, но даже порой и в оптический микроскоп.
Возможности нанотехнологии безграничны. Все, что имеет для человека хоть какое-то значение, состоит из молекул – от генов до микрочипов, от медикаментов до вредных примесей в воде и в воздухе. До возникновения нанотехнологии попытки видоизменить или «отремонтировать» атомы и молекулы всегда осуществлялись не напрямую, поскольку мы не могли видеть объекты воздействия, а тем более манипулировать ими. Между тем структура этих молекул порой была известна досконально, и ученые видели, какие изменения могут потребоваться, чтобы создать более эффективное лекарство, вывести более урожайную сельскохозяйственную культуру или изготовить более миниатюрную микросхему, но, образно говоря, их пальцы были слишком велики и неуклюжи, чтобы воплотить эти изменения в жизнь.
Сейчас техника шагнула вперед настолько, что ученые получили возможность воздействовать на молекулы напрямую и создавать новые структуры, обладающие инновационными биологическими функциями.
Ища способы взаимодействия с этими микроскопическими объектами, ученые нацелили свое внимание на очень точно сфокусированные световые волны, позволяющие нагревать объекты и таким образом воздействовать на их структуру. В случае с «музыкальными инструментами» ученые сконструировали каркасы, содержавшие цепочки атомов кремния разной длины, вследствие чего они вибрировали на разных частотах, как гитарные струны. Эти кремниевые струны были зафиксированы с обоих концов, и, когда луч света нагревал их, создавалось напряжение, заставлявшее струны вибрировать на частоте, зависевшей от длины. Конечная цель этого исследования заключалась в том, чтобы отыскать менее энергоемкие способы управления электронными схемами и найти альтернативу нынешним проводам, чтобы они в наномасштабах перещеголяли струны наногитары. Подобными устройствами можно будет заменить преобразователи из кварцевых кристаллов, которые сейчас используются в сотовых телефонах. Наноустройства смогут выполнять ту же работу с гораздо меньшими затратами энергии.
У крошечных музыкальных инструментов, если все-таки заняться игрой на них, есть лишь один небольшой недостаток. Они не только столь малы, что их не увидишь без микроскопа (пятнадцать тысяч их уложатся в ряд длиной менее сантиметра), но эти инструменты еще и издают звуки такой высокой частоты, которая недоступна человеческому уху. Их диапазон на 17 000 октав выше, чем у нормальной гитары.
Нечестно по отношению к Бёйс-Баллоту?
Бедный старый голландский метеоролог Христофор Хенрик Дидерик Бёйс-Баллот (1817–1890) упустил свою порцию славы, и та досталась Кристиану Иоганну Доплеру, – а все благодаря эффекту, с которым в наши дни сталкивался каждый, кому довелось на большой скорости проехать мимо «скорой помощи» или полицейской машины, в которой включена сирена.
Любопытная деталь: до появления железных дорог никто даже и не замечал, что высота звука по мере приближения источника звука к слушающему, а также по мере последующего удаления от него изменяется. Может, до этого какой-нибудь обладатель отличного слуха и обращал внимание на подобные изменения, когда мимо него проносился всадник, играющий на трубе одну-единственную ноту, но, видимо, такие случаи происходили нечасто, да и откуда человеку было знать, что всадник, проезжая, не затрубил на другой высоте нарочно?
Эффект был назван в честь Доплера, поскольку именно этот австрийский физик первым заявил о его существовании, хотя и применительно к световым волнам. Он предположил, что, если бы звезды приближались к Земле, их свет казался бы более голубым, чем обычно, а если бы они удалялись, то более красным. Его открытие оказалось чрезвычайно ценным в последующие годы, когда астрономы, назвав это явление «спектральным смещением», стали использовать его для вычисления скорости, с которой звезды движутся по линии прямой видимости, а также для подтверждения идеи о расширении Вселенной (см. главу «Вселенная – это вам не сарай»).
Однако в нашей повседневной жизни гораздо большее значение имеет идея Бёйс-Баллота, предположившего, что тот же самый эффект может распространяться и на звуковые волны. В науке часто случается, что необычное наблюдение влечет за собой поиски его объяснения. Но здесь, наоборот, первым появилось объяснение, и Бёйс-Баллоту требовалось найти лишь способ проверить, применим ли этот эффект к звуку, и подкрепить идею объективными наблюдениями.
Железная дорога на паровой тяге тогда находилась еще на этапе становления, но это был самый быстрый способ перемещения, позволяющий проверить теорию. В 1845 году голландцы, жившие вдоль железной дороги, соединявшей Утрехт и Маарсен, в течение двух дней наблюдали странную картину: вагон-платформа с компанией трубачей, оглушительно и душераздирающе (ну, во всяком случае, немелодично) дующих в трубы, катался по путям туда-сюда мимо группы музыкантов – обладателей превосходного слуха, а те записывали ноты, которые они слышали, пока платформа приближалась и проезжала мимо. Собранные данные подтвердили, что теория Доплера применима и к звуку: когда платформа проезжала мимо и удалялась, высокие ноты сменялись более низкими, а сила звука зависела от скорости поезда.
Объясняется это явление просто. Высота звука напрямую связана с количеством звуковых волн, достигающих уха за секунду. Если источник звука приближается к слушателю, за секунду прибывает больше волн, чем если бы он стоял без движения; а если источник удаляется, волн долетает все меньше. Кстати, то же правило действует и когда слушатель движется навстречу неподвижному источнику звука или удаляется от него, хотя это менее распространенная в реальных условиях ситуация. Представьте, что вы плывете на лодке по озеру с регулярно пробегающими волнами, вызванными ветром. Вы минуете больше волн в минуту, если плывете против ветра, и меньше – если ветер попутный. Пока в один прекрасный момент, когда ваша скорость сравняется со скоростью волн, вам не начнет казаться, что они стоят на месте.
Хоть эффект Доплера применительно к звуку так и не был назван в честь Бёйс-Баллота, имя этого ученого все-таки было увековечено, причем в главной области его деятельности – в метеорологии. Его имя присвоили закону. Закон Бёйс-Баллота гласит, что если вы стоите спиной к ветру в Северном полушарии, то зона пониженного давления будет находиться от вас слева. Это потому, что ветер движется по кругу против часовой стрелки, а в центре круга располагается зона пониженного давления. В Южном полушарии все наоборот.
И от атомной бомбы бывает польза
На заре эры покорения атома изобретение новой и чрезвычайно мощной атомной бомбы вызвало в мире такой энтузиазм, что многие страны занялись созданием собственного страшного оружия и, расценивая это как укрепление своих стратегических позиций, принялись испытывать его в удаленных от человеческого жилья уголках Земли, к примеру на островах Тихоокеанского бассейна. В 1950-е и 1960-е годы после испытаний водородной бомбы в местах взрывов наблюдался чрезвычайно высокий уровень радиации, от которой пострадали многие местные жители, а также проводивший испытания персонал, – создателям бомбы пока еще не хватало знаний о возможных последствиях. Но радиоактивность, возникавшая в ходе взрывов, затронула не только непосредственно места испытаний – она охватила гораздо большую площадь: радиоактивные частицы попали в атмосферу и были подхвачены потоками воздуха, перемещающимися вокруг земного шара. Некоторые частицы оказались в пище, особенно опасны были атомы стронция-90 и цезия-137, продолжающие излучать радиацию на протяжении весьма длительного времени. Даже сейчас, когда испытания атомного оружия в слоях атмосферы остались в далеком прошлом, в организмах новорожденных находят следы стронция-90 – об этом свидетельствуют ученые, собирающие молочные зубы. Поскольку в природе стронций-90 не встречается, значит, эти атомы остались после испытаний ядерного оружия.
Но внимание ученых привлек другой изотоп, углерод-14, также образовавшийся в процессе испытаний атомной бомбы в атмосфере. После осуществления серии исследовательских проектов стало ясно: в грибовидном облаке от ядерного взрыва была и своя «ложка меда».
В 1992 году некий австрийский ученый-криминалист столкнулся с необычной проблемой. В одной венской квартире были найдены трупы двух престарелых сестер. Тела успели мумифицироваться, выходит, старушки умерли еще несколько лет назад, но никто из соседей этого не заметил. При других обстоятельствах эта печальная история, в которой вроде не содержалось никакого состава преступления, не привлекла бы внимания полиции и судмедэкспертов. Но у каждой из женщин имелись пенсионные накопления и страховые полисы, оформленные в разных фирмах. Так что, если бы одна старушка пережила другую (а было не похоже, чтобы они обе умерли в одночасье), она бы унаследовала пенсию и страховку сестры, и эти значительные суммы перекочевали бы на счета в ее собственной страховой компании.
Археологи, датируя свои находки, используют изотоп углерод-14, хотя этот метод работает без погрешностей, только если найденным предметам не более нескольких сотен лет. Но двоим венским физикам-дозиметристам пришла в голову другая идея. Уровень углерода-14 в атмосфере из года в год меняется. В период между 1950 годом и концом 1960-х из-за испытаний ядерного оружия этот показатель достиг пика, а потом стал потихоньку снижаться. Впрочем, он до сих пор выше, чем был до 1950 года.
Атмосферный углерод-14 попадает в клетки человеческого организма, и его количество отражает содержание углерода-14 в атмосфере в те времена, когда клетки только формировались. Некоторые клетки тела остаются неизменными на протяжении всей жизни, так что по содержанию в них углерода-14 можно вычислить дату рождения. А другие клетки делятся и делятся, так что количество искомого изотопа в них должно соответствовать году, когда эти клетки образовались.
В случае с венскими старушками дозиметристы исследовали жировые клетки, найденные в костях и сформировавшиеся незадолго до смерти сестер. Так ученые смогли установить, что одна сестра умерла в 1988 году, а вторая – в 1989-м, и тем самым разобраться, кто кому наследовал.
Что ж, любопытная история без каких бы то ни было сногсшибательных последствий. Но теперь, спустя два десятилетия, техника датировки по содержанию в телах углерода-14, сохранившегося в атмосфере после ядерных испытаний, живет и процветает. Одна группа ученых открыла, что, когда молекула ДНК делится, она как бы запечатлевает в себе мгновенный снимок уровня углерода-14 на момент деления. С помощью этого свежеобретенного знания удалось доказать, что в некоторых участках мозга с момента рождения не появляется ни одной новой клетки. Многие ученые и раньше исповедовали эту идею, но никому не удавалось ее доказать. Дату рождения человека можно определить по содержанию углерода-14 в зубах – это еще одна часть человеческого тела, не воспроизводящая новых клеток.
А ученые-энологи из университета австралийского города Аделаида (энология – это наука о вине) используют ту же технологию как надежный способ установить возраст вина. Стоит лишь проверить напиток на содержание углерода-14, который попадает в вино вместе с виноградным сахаром, а в виноград – из атмосферы. По количеству изотопа можно узнать год, когда был собран виноград.
Туманное будущее
Наверняка многие слышали о принципе неопределенности Гейзенберга. Он гласит, что, наблюдая за элементарными частицами, невозможно определить одновременно и положение частицы, и ее скорость. Для того чтобы наблюдать вообще что бы то ни было, нужно соблюдать определенные правила, а их соблюдение влияет на то, за чем вы наблюдаете. Представьте себе мир, в котором можно воспринимать объекты лишь с помощью осязания: если ткнуть в объект пальцем, чтобы определить его местонахождение, он сместится от тычка. А если объект при этом двигался, тычок также изменит его скорость или направление движения.
Вот и с атомными частицами примерно то же самое. Если мы попытаемся направить на частицу луч света или иной энергии, чтобы «разглядеть» ее, то в тот самый миг, когда луч достигнет частицы, она изменит свои характеристики – положение или скорость, – и они станут совсем иными, чем в том случае, если бы мы не старались эту частицу рассмотреть.
Конечно, я подал идею в чрезмерно упрощенном виде. Из моего объяснения может показаться, что во всем виноваты измерительные приборы, на деле же, согласно Гейзенбергу, принцип неопределенности отражает основное свойство атомных частиц, которые просто физически не могут существовать в определенной точке и с определенной кинетической энергией. Как только вы измеряете один показатель, второй становится неизвестен.
Это наблюдение считается чрезвычайно важным для физики частиц, однако же, когда речь заходит о мире больших объектов (например, столов, теннисных мячей, собак и так далее), дело обычно преподносят так, что принцип неопределенности имеет ко всему этому весьма малое отношение. Большие объекты сделаны из такого немыслимого количества миллиардов атомов, а измерение неопределенности каждого из них дает такую ничтожную величину, что при тех скоростях и расстояниях, которые интересуют нас в макромире, всякое проявление принципа неопределенности будет практически неразличимо.
Еще в начале девятнадцатого века, когда о физике атомов ничего не было известно, французский математик и астроном Пьер Симон Лаплас предположил, что, если бы какое-нибудь гипотетическое разумное существо, так называемый «демон», смогло узнать положения и скорости всех частиц в мире в некий момент, ему удалось бы, при соответствующем объеме расчетов и с использованием законов Ньютона, совершенно точно предсказать все мировые события. И поныне, даже после открытия Гейзенберга, некоторые продолжают верить, что, рассматривая простую физическую систему, такую, как бильярдный стол и шары, можно высчитать будущие перемещения шаров на сколько угодно ходов вперед, достаточно только точно знать их исходные позиции и скорость и применить ньютоновские законы движения.
На самом деле это не так. Американский физик Дэвид Рэймонд еще сорок пять лет назад подсчитал, что правильно предсказать траектории и скорости перемещения шаров на бильярдном столе можно только до одиннадцатогостолкновения. И как бы точно вы ни считали и ни измеряли, совокупная неопределенность в сочетании с тем, что каждое столкновение влияет на любое другое, приводит к решительной невозможности рассчитать заранее то, что произойдет на столе после одиннадцатого столкновения.
Приведу пример его аргументации: как бы аккуратно мы ни целились шаром-битком в первый шар, который хотим отправить в лузу, мы не можем определить положение этого шара с абсолютной точностью, так что в наших прикидках, куда шар покатится после удара, уже заложена крошечная ошибка. Эта очень маленькая погрешность породит непропорционально большую неточность в оценке движения следующего шара и так далее. С каждым новым столкновением эта неопределенность, начавшаяся с крошечной цифры, станет разрастаться до неимоверных размеров. Рэймонд учел массу и радиус каждого шара, сделал поправки на расстояния между отдельными столкновениями, принял во внимание прочие факторы, а затем рассчитал, сколько столкновений должно произойти, прежде чем ошибки достигнут критической массы и станет невозможно хоть с какой-то долей уверенности сказать, где окажется хотя бы один из шаров. Вот так он и пришел к заключению, что после одиннадцати столкновений предсказать дальнейшее перемещение шаров и не попасть пальцем в небо станет уже невозможно.
Конечно, в реальном мире источников погрешностей намного больше, чем те, которые рассмотрел Рэймонд: тут вам и неровности стола и отдельных шаров, и дрогнувшая рука игрока, и даже эффект незначительных изменений температуры, – так что реалистичное предсказание затрещит по швам еще задолго до одиннадцатого столкновения. А Лаплас, наверное, пришел бы в крайнее изумление, обнаружив, что его хваленый «демон» не только не сможет точно предсказать все мировые события, исходя из глубокого познаний о нынешнем положении вещей, – у него не получится даже предугадать поведение кучки бильярдных шаров в следующие десять секунд!
А почему это мы должны провалиться сквозь пол?
Ученые имеют привычку задаваться вопросами, которые людям, далеким от науки, кажутся глупыми. Один из таких вопросов: «Почему мы не проваливаемся сквозь пол?» Есть даже книга с подобным названием. Но ведь житейский опыт говорит нам: пол – это твердая поверхность, чья единственная задача – не дать нам провалиться сквозь нее. Это то минимальное требование, которое мы предъявляем к любому полу. Однако за дурацким, казалось бы, вопросом кроются наши знания о полах и о том, как они устроены, а эти знания, вообще говоря, противоречат здравому смыслу.
Поскольку полы состоят из атомов, именно знание природы атомов заставляет нас задавать этот вопрос.
Идея об атомах как о простейших составляющих материи насчитывает уже около двух с половиной тысяч лет, но большую часть этого времени человечество скорее воображало, чем реально понимало, что такое атомы. Они представлялись людям твердыми, плотными шариками. И только в XX столетии сформировалась более точная картина устройства атомов, которая, впрочем, пока полна загадок и наглядно демонстрирует, чем плохи попытки представить себе физические или математические понятия в виде картинок.
Нынешняя «картина» атома, возникшая после целого столетия исследований и опытов, представляет собой следующее: в центре твердое ядро шириной в одну единицу (о том, что я понимаю под единицей, мы поговорим чуть позже), а вокруг – облако куда более легких частиц, электронов. Радиус этого облака – до 30 000 единиц и больше. Более 99,9 % массы атома приходится на ядро, так что между ядром и наружной «поверхностью» атома почти ничего нет. Даже об электронах нельзя сказать, что они на самом деле находятся в этом пространстве. Хотя они порой могут вести себя как крошечные твердые шарики, в реальности электроны, как понимают это ученые, являют собой облако неравномерной плотности: где облако поплотнее – там, вероятнее всего, и пребывает электрон. Он «существует» лишь в тот кратчайший момент, когда ученому, использующему какое-нибудь точнейшее устройство, удается добиться того, чтобы от этого электрона «отскочил» какой-нибудь другой или чтобы от него отразилась волна некоего излучения: тогда и только тогда наш электрон не только объявит о своем местонахождении – он словно бы материализуется в результате наблюдения, прежде чем снова исчезнуть в облаке вероятностей.
Это как если бы некая дама, член английского парламента, существовала в виде облака – очень плотного в районе ее дома и палаты общин, чуть менее плотного в торговом центре рядом с ее домом, еще менее плотного в ее фитнес-клубе и уж совсем жиденького где-нибудь в трущобах Глазго или в высочайшей точке Великобритании, на горе Бен-Невис. Но самой ее не было бы нигде, пока вдруг кто-то не налетел бы на нее, и тогда облако немедленно уплотнилось бы, и мы увидели бы сорокалетнюю женщину в стильном костюме.
Но вернемся к атому. Если бы его ядро было размером с апельсин диаметром десять сантиметров, то край электронного облака – точка, за которой возможность обнаружить электрон становится исчезающее мала, – будет находиться где-то на расстоянии от трех до тридцати километров. Получается, в любом твердом теле, состоящем из атомов (например, в полу), 99 % объема пустует, и это тело – словно обширная равнина, на которой на расстоянии многих километров друг от друга разбросаны апельсины, а вокруг витают облачка почти ничего не весящих электронов.
В реальности, если отвлечься от апельсинов и километров, единица, которой пользуются для измерения атомов, называется «фемтометр», это 10 в минус пятнадцатой степени метра. Диаметр ядра составляет около фемтометра, а радиус атома – около 100 000 фемтометров, то есть чтобы выложить линию длиной в один метр, потребуется десять миллиардов атомов.
Теперь мы с вами пониманием, как вообще возник вопрос: «Почему мы не проваливаемся сквозь пол?» Возможно, в нем гораздо больше смысла, чем вам казалось сначала. Ведь не только «твердый» пол по большей части состоит из пустоты: в туфлях, которые на нем стоят, и в ногах, обутых в эти туфли, и в самом человеке – то же самое соотношение пустоты и массы. Так почему два этих объекта, в основном состоящие из пустого пространства, не проходят друг сквозь друга, как два флота, корабли которых разделяют километры, идущие навстречу друг другу по Ла-Маншу?
Ответ кроется в привычном – но зачастую превратно трактуемом – определении понятия «твердый». Если мы будем понимать под этим словом пространство, целикомзаполненное плотным веществом, то наш пол покажется нам чем-то очень уж эфемерным. Однако тут нам пригодится еще одна характеристика атомов – силовые поля, окружающие ядро. Когда два атома оказываются рядом, на них воздействуют сразу две силы: одна притягивает, а другая отталкивает. Приближаясь к другому атому, первый в какой-то момент достигает точки, где обе эти силы уравновешиваются, и дальше неколебимо держится на этой позиции. В группе атомов, прочно соединенных этими силами в нечто единое и твердое (например, пол), любой другой атом, который попытается их разъединить, в определенный момент тоже достигнет точки равновесия, и, чтобы двигаться дальше, ему придется преодолеть огромную силу сопротивления, намного превышающую силу тяжести, прижимающую ногу к полу.
Так что в следующий раз, когда вы захотите пройтись по своей комнате, вообразите, что ваши ноги и пол расталкиваютсяна крошечное расстояние мощной силой атомов. Именно поэтомувы не проваливаетесь сквозь пол.
Луис Слотин и критическая масса
Талантливые ученые часто обладают авантюрным и безрассудным складом характера, и это иногда влечет за собой печальные последствия (более серьезные, чем имидж чудака и возмутителя спокойствия). А порой безрассудство приводит к настоящей катастрофе – в этом на собственном примере убедился молодой канадский физик Луис Слотин, работавший в 1940-е годы в Лос-Аламосе над проектом атомной бомбы. Он пострадал от процесса, который сам же вместе с коллегами пытался понять.
Для создания нормальной, действующей атомной бомбы нужно выяснить такой важнейший параметр, как «критическая масса» обогащенного урана или плутония – вещества, в котором при определенных условиях запускается цепная реакция (см. главу «Самый древний в мире ядерный реактор»). Конечно, критическую массу можно было вычислить теоретически, но потом все равно потребовалось бы проверить вычисления экспериментально. Слотин провел кучу экспериментов, чтобы найти точную цифру. Он брал два кусочка плутония размером с половинки разрезанного крикетного мяча и медленно подносил их друг к другу.
При цепной реакции радиоактивные химические элементы, такие, как уран и плутоний, начинают испускать атомные частицы под названием «нейтроны». Обычно, если радиоактивного вещества немного, большинство нейтронов улетучивается, но некоторые из них сталкиваются с другими атомами, и выделяется еще больше нейтронов. Львиная доля этих нейтронов снова улетучивается, но часть провоцирует новый выброс. Пока масса плутония не превышает определенной величины, выброс нарастающих волн нейтронов вызывает только выделение тепла и небольшую радиоактивность, а потом скорость выделения нейтронов спадает. Однако если масса урана и плутония достаточно велика, скорость, с которой нейтроны «выбивают» из атомов новые нейтроны, возрастает, и реакция становится самоподдерживающейся. Количество нейтронов, сталкивающихся с атомами, будет расти и расти, пока всю массу радиоактивного вещества не поглотит ядерный взрыв.
Физики-ядерщики назвали процесс определения критической массы радиоактивных элементов «щекотанием хвоста спящего дракона», и Слотин был опытным специалистом по этому щекотанию. Он проделал более пятидесяти экспериментов, в ходе которых медленно сдвигал два кусочка вещества с массами ниже критической, а потом наблюдал за ростом выделения нейтронов, слушая щелчки нейтронного счетчика. Он приближал кусочки все ближе друг к другу, щелчки звучали все чаще и чаще, и ему нужно было выбрать правильный момент и прекратить сближение, прежде чем запустится цепная реакция. Потом следовало измерить расстояние между кусочками, что позволило бы физикам рассчитать общую массу плутония, которая неизбежно вызовет цепную реакцию.
21 мая 1946 года Слотин провел этот опыт в последний раз, взяв кусок плутония, пока тот не отдали другим ученым для взрывов. В лаборатории также присутствовали несколько его коллег. Слотин манипулировал крышкой, прикрывавшей две полусферы плутония, – она должна была отражать нейтроны, возвращая их в зону цепной реакции, чтобы увеличить ее скорость. При этом одной рукой Слотин с помощью отвертки удерживал полусферы на расстоянии, а другой рукой боролся с крышкой. (До этого он удалил две прокладки, не позволявшие кускам плутония соединиться.) Вдруг отвертка выскользнула, и Слотин уронил крышку. Два кусочка плутония схлопнулись, была достигнута критическая масса, и произошел выброс смертельно опасного количества радиации. Ученые, присутствовавшие в комнате, увидели голубое сияние, а Слотин, стоявший к месту реакции ближе всего, ощутил кислый привкус во рту и сильное жжение в руке. Бросившись к плутонию, Слотин сумел разъединить кусочки радиоактивного материала, и в тот же миг понял, что обречен. Он получил такую дозу облучения, как если бы стоял в полутора километрах от взрыва атомной бомбы. Слотин также понимал, что и его коллеги получили немалые дозы. Быстро зарисовав схему расположения людей в комнате в момент реакции, он велел коллегам погрузиться в два джипа, и они все направились в больницу.
Девять дней спустя после бесплодных попыток врачей спасти Слотина, перелив ему кровь от нескольких не пораженных радиацией коллег, он все-таки скончался. Остальные присутствовавшие при неудачном опыте в той или иной мере пострадали от облучения, но все остались живы.
Происшествие сразу было засекречено, однако впоследствии, когда история выплыла наружу, друзья Слотина все как один постарались представить его героем, пожертвовавшим своей жизнью ради спасения коллег. Посвященная этому случаю статья, увидевшая свет в 1995 году, была озаглавлена так: «Молодой канадский ученый отдал свою жизнь ради спасения друзей, когда эксперимент вышел из-под контроля». В отчете, написанном другом Слотина в 1956 году, говорилось: «Слотин, словно бы повинуясь рефлексу, бросился вперед и голыми руками оторвал половинки реагирующей массы друг от друга. Остальные разинули рты, а Слотин, повернувшись, – его побелевшее лицо выражало ужас – жестом велел всем покинуть комнату. Молодой ученый отдал свою жизнь, как делали многие его ровесники во время войны».
Позже выяснилась одна интересная подробность: когда коллеги советовали Слотину во избежание неприятностей использовать какое-нибудь защитное устройство, которое не давало бы полушариям сомкнуться, тот только отмахивался: «Если я буду доверять свою безопасность защитным устройствам, вот тогда-то уж точно жди неприятностей». Уже после его смерти стало известно, что Слотин был фантазером, рассказывавшим небылицы о своем прошлом, а также неисправимым любителем риска. Был случай – как поведал один его бывший коллега в 1993 году, – когда Слотин попросил остановить реактор, чтобы он мог подрегулировать для предстоящего эксперимента что-то там на дне цистерны с водой, которая поглощала радиацию. Ему было отказано, тогда он пришел в выходной, разделся до трусов и нырнул на дно цистерны, хотя реактор не был выведен из рабочего режима.
Судя по всему, то, что произошло со Слотином, было случайной смертью безрассудно смелого ученого.
Высшая мера
Если вы когда-нибудь наблюдали за ранней стадией строительства небоскреба или любого высокого здания, вы знаете, что, после того как фундамент заложен, конструкция начинает напоминать структурный скелет, на который впоследствии будут навешены полы, стены и потолки. Если этот остов делают из стали (а не из железобетона), то строители начнут с того, что возведут раму из стальных колонн высотой в несколько этажей, соединенных балками. Чем ближе к фундаменту, тем колонны толще и тяжелее, ведь им в конце концов придется выдерживать вес целого здания. По окончании строительства нижней части каркаса, сверху надстраиваются новые колонны, и скелет обретает следующий уровень. Здесь колонны уже не такие массивные, потому что им нужно поддерживать уже не все здание, а только верхние этажи. И так далее, вплоть до самой крыши: чем выше, тем тоньше и легче становятся колонны.
Прогресс не стоит на месте, в мире строятся все более и более высокие дома (в Дубае запланировано возведение здания высотой в километр! [51]51
Это здание, получившее название «Бурдж-Халифа», уже выстроено. Его открытие состоялось 4 января 2010 года. Высота небоскреба составила 828 метров. На сегодняшний день это самое высокое сооружение в мире. (Прим. ред.).
[Закрыть]), а колонны в основании таких домов становятся все массивнее и массивнее, ведь вес конструкции тоже нарастает. Но когда речь идет о самых высоких постройках, таких, как Башня Свободы, небоскреб, который строится на месте Всемирного торгового центра в Нью-Йорке, к работе инженеров, конструирующих этих гигантов, добавляется еще одна неожиданная и интересная деталь. Помимо того что колонны должны сопротивляться огромному давлению сверху, их следует конструировать так, чтобы они выдерживали действие сил, направленных в противоположном направлении, то есть вверх. Считается, что возможны ситуации, когда колонны в основании таких зданий вообще не будут испытывать никакой нагрузки сверху – даже наоборот: они станут притягивать дом к земле, не давая ему улететь.
Как такое возможно? Чем выше здание, тем больше шансов, что его будет раскачивать ветром. Когда сильный ветер встречает на своем пути дом, он разделяется и огибает дом слева и справа. При этом поток воздуха создает завихрения, которые толкают здание туда-сюда, заставляя его раскачиваться как камертон. На деле даже лучше, если здание слегка покачивается, – это позволяет погасить часть силы ветра. Но когда дом наклоняется в одну сторону, он тянет вверх колонны-опоры по другую сторону. И если ветер достаточно силен, он не только уменьшает нагрузку на колонны, но даже немного вытягивает их из земли. Кроме того, у инженеров-конструкторов есть еще один повод для раздумий: колонны в той части дома, которая клонится к земле, должны быть рассчитаны на большую нагрузку, нежели вес здания. Это как с качелями: когда один конец поднимается вверх, вся нагрузка приходится на другой конец.
