Текст книги "Из грязи и золота (СИ)"

Автор книги: София Баюн

сообщить о нарушении

Текущая страница: 13 (всего у книги 20 страниц)

Цінність досліду в тому, що Джоуль зміг точно обчислити кількість енергії, що передається воді, і вона дорівнювала mgh. Тягарець опускався повільно, оскільки вода не дозволяла лопатям обертатися швидко. Тому він падав на підлогу з дуже незначною кількістю кінетичної енергії. А отже, уся гравітаційна потенціальна енергія передавалася воді.

Що таке джоуль? Якщо скинути тіло масою 1 кілограм з висоти 0,1 метра, його кінетична енергія збільшиться на mgh, що приблизно становить 1 джоуль. Здається, що це небагато, але кількість джоулів може досить швидко накопичуватися. Щоб бейсбольний м’яч летів зі швидкістю трохи меншою за 160 кілометрів за годину, пітчеру Вищої бейсбольної ліги потрібно витратити приблизно 140 джоулів енергії — десь стільки само, як і для того, щоб підняти на один метр мішок зі 140 стограмовими яблуками18.

Сто сорок джоулів кінетичної енергії достатньо для того, щоб убити людину, якщо вона вивільняється швидко й спрямована концентровано. Якщо розподілити її на годину чи дві, ніхто нічого навіть не помітить. І якщо ці джоулі вивільнялися, поки вас гамселили подушкою, вас би не вбили. А якщо цю енергію сконцентрувати, наприклад, у кулі, камені чи бейсбольному м’ячі, і втиснути в крихітну частку секунди? Погодьтеся, це зовсім інша річ.

Що знову повертає нас до кулі-молота. Припустімо, у вас є куля масою 1000 кілограмів, яку ви відпускаєте вертикально з висоти 5 метрів. Під час цього 50 000 джоулів потенціальної енергії (mgh = 1000 · 10 · 5) перетворюється на кінетичну. Це чималий удар, особливо якщо ця енергія вивільняється за дуже короткий відтинок часу. За допомогою рівняння для кінетичної енергії ми також можемо визначити швидкість. У нижній частині траєкторії куля рухатиметься зі швидкістю 10 метрів за секунду (приблизно 36 кілометрів за годину), що доволі швидко для однотонної кулі. Щоб побачити цю енергію в дії, ви можете переглянути одне неймовірне відео в інтернеті. Ядро влучає в мінівен, що випадково заїхав на будівельний майданчик на Мангеттені, і відкидає його, наче іграшку: lionsdenu.com/wrecking-ball-vs-dodge-mini-van.

Скільки калорій нам потрібно?

Щоб краще оцінити дивовижні перетворення енергії, завдяки яким існує наша цивілізація, розгляньмо, скільки енергії вироб­ляється під час найосновніших процесів нашої життєдіяльності. Подумайте, наприклад, над тим, що за один день людське тіло виробляє приблизно 10 мільйонів джоулів теплоти. Якщо у вас немає жару, ваше тіло підтримує температуру приблизно 37 градусів за Цельсієм та виділяє тепло у вигляді інфрачервоного випромінювання, майже 100 джоулів щосекунди, тобто якщо грубо округлити, орієнтовно 10 мільйонів джоулів за день. Проте ця енергія залежить від температури повітря й антропометричних даних людини. Що більша людина, то більше енергії вона виділяє. Цей потік можна порівняти з енергією, яку випромінює лампочка. Один джоуль, спожитий за секунду, відповідає одному вату, отже, 100 джоулів за секунду дорівнює 100 ватам, тобто в середньому людина випромінює енергію приблизно на такому само рівні, як лампочка потужністю 100 ват. Ви не розжарюєтесь, як лампочка, тому що ваше тепло розподіляється на значно більшу площу. До речі, потужність електричної ковдри лише 50 ват, тож ви, мабуть, зрозуміли, чому взимку замість того, щоб укриватися нею, краще, аби поряд з вами спала інша людина.

Існують десятки одиниць для вимірювання енергії: для кондиціонерів — британська теплова одиниця, для електроенергії — кіловат-година, в атомній фізиці — електрон-вольт, в астрономії — ерг. Британська теплова одиниця приблизно дорівнює 1055 джоулів, кіловат-година відповідає 3,6 ∙ 106 джоулям, електрон-вольт — це 1,6 ∙ 10−19 джоулів, 1 ерг дорівнює 10−7 джоулів. І всі ми знайомі з такою важливою одиницею енергії, як калорія. Вона дорівнює приблизно 4,2 джоуля. Таким чином, якщо наше тіло щодня виробляє орієнтовно 10 мільйонів джоулів енергії, ми витрачаємо трохи більше 2 мільйонів калорій. Але як таке можливо? Нам потрібно споживати приблизно 2000 калорій у день. Утім коли виробники зазначають на упаковці харчових продуктів калорія, насправді мають на увазі кілокалорію, тобто тисячу калорій. Калорія — дуже малюсінька одиниця: це кількість енергії, що необхідна для нагрівання 1 грама води на 1 градус за Цельсієм. Таким чином, щоб випромінювати 10 мільйонів джоулів енергії, потрібно отримувати з їжею приблизно 2400 кілокалорій на день. А якщо ви споживаєте значно більше — рано чи пізно за це доведеться поплатитися фігурою. Математика невблаганна, і більшість з нас, знаючи це, намагається ігнорувати цей факт.

А як щодо нашої фізичної активності впродовж дня? Для цього нам теж потрібна додаткова енергія? Наприклад, ходити по сходах або займатися хатніми справами? Хатня робота може бути виснажливою, і ми, напевно, витрачаємо на неї чимало енергії? Що ж, боюсь, я вас неприємно здивую. На повсякденні справи потрібна така сміховинна кількість енергії, що ви можете не зважати на неї, коли рахуєте витрачені калорії, хіба що ви дуже інтенсивно тренуєтеся у спортзалі.

Припустімо, замість поїхати у ліфті, ви піднімаєтеся у свій офіс, що на четвертому поверсі, сходами. Дуже багато моїх знайомих пишаються собою, коли ходять пішки сходами, але рахуйте самі. Скажімо, висота цих трьох поверхів приблизно 10 метрів, і ви піднімаєтеся сходами тричі на день. Я вас не знаю, тому нехай ваша маса буде 70 кілограмів. Скільки енергії потрібно, щоб тричі піднятися цими сходами? Щоб мати привід ще більше сповнитися гордощів — як щодо п’яти разів на день? Припустімо, ви дуже стараєтеся. П’ять разів у день піднятися пішки на третій поверх. Вам доведеться витратити енергію, що дорівнює mgh, де h — різниця у висоті між першим і четвертим поверхами. Помножимо 70 кілограмів (m) на 10 метрів за секунду у квадраті (g), на 10 метрів (h) і на 5, тому що ви робите це п’ять разів на день, і ось що ми отримаємо — 35 000 джоулів. Порівняйте це з 10 мільйонами джоулів теплоти, які щодня випромінює ваше тіло. Думаєте, вам треба їсти трохи більше заради якихось 35 000 джоулів? Забудьте. Це ніщо — лише третина відсотка від загальної кількості вашої енергії. Але цей факт аніскілечки не заважає маркетологам розповідати абсурдні речі про нові гаджети для спалювання калорій. Сьогодні вранці я, відкривши каталог товарів, що надсилаються поштою, де пропонують дорогі пристрої, побачив рекламу «обтяженого одягу», який дає змогу «спалювати більше калорій, роблячи повсякденні справи». Можливо, вам сподобається відчувати додаткову важкість ваших рук і ніг (хоча мені не зрозуміло чому), і ви таким чином зможете наростити м’язи, але не розраховуйте суттєво скинути вагу, завдаючи собі таких мук!

Спостережливий читач, звісно, зауважить, що неможливо п’ять разів на день піднятися сходами, не спускаючись ними. Коли ви сходите вниз, ці 35 000 джоулів вивільняться у вигляді тепла у ваші м’язи, взуття й підлогу. Якби ви зістрибнули, уся гравітаційна потенціальна енергія, яку ви накопичили, поки піднімалися сходами, перетворилася б на кінетичну енергію вашого тіла — і ви, можливо, щось собі зламали б. Отже, хоч вам і довелося витратити 35 000 джоулів, щоб піднятися нагору, спускаючись униз, ви не зможете повернути їх у придатному для використання вигляді. Хіба що ви вдягнете на себе якийсь дуже хитрий пристрій, що забиратиме вашу кінетичну енергію й перетворюватиме її, скажімо, на електроенергію — точнісінько як у гібридних автомобілях.

Погляньмо на це інакше. Скажімо, ви розподілите ходіння сходами на 10 годин: можливо, раз чи двічі вранці, двічі після обіду й останній раз увечері. За ці 10 годин, тобто 36 000 секунд, ви виробите приблизно 35 000 джоулів енергії. Це, по правді, до абсурду мало — приблизно 1 ват. Порівняйте цей результат із теплом, яке виділяє ваше тіло, — у середньому 100 джоулів за секунду, або 100 ватів. Отже, як ви бачите, піднімаючись сходами, ви спалюєте мізерно малу кількість енергії. Це аж ніяк не вплине на вашу талію.

А що, як ви підніметеся на гору заввишки півтора кілометра? Тоді вам доведеться додатково виробити й використати мільйон джоулів енергії. А мільйон порівняно з 10 мільйонами — не такий уже й жалюгідний. Після сходження ви, звичайно, зголоднієте, і тепер вам справді потрібно більше їжі. Якщо сходження тривало чотири години, ви розвивали значну потужність (потужність — це кількість джоулів за секунду), у середньому 70 ватів — упродовж цих чотирьох годин, звісно. І тепер ваше тіло надсилає в мозок виразний сигнал: «Мені потрібно більше їжі».

Можливо, ви подумаєте, що, витративши на 10 відсотків більше енергії порівняно зі своїми звичайними 10 мільйонами джоулів, вам доведеться з’їсти на 10 відсотків (тобто 240 кілокалорій) більше, ніж зазвичай, оскільки мільйон — це лише 10 відсотків від 10 мільйонів. Але це не зовсім так, як ви, мабуть, уже здогадалися. Вам доведеться з’їсти значно більше, ніж зазвичай, тому що система перетворення їжі на енергію в тілі, якщо висловлюватися фізичною термінологією, має не надто високий ККД. Максимальна ефективність — у середньому 40 відсотків. Саме так, максимум 40 відсотків від спожитих калорій перетворюється на енергію, яку ви можете використати. Решта розсіюється у вигляді тепла. Енергія залишається незмінною, тому її треба на щось витратити. Отже, щоб виробити додатково мільйон джоулів і підживити пристрасть до гірських походів, вам доведеться збільшити свій раціон приблизно на 600 кілокалорій, що рівноцінно додатковому прийому їжі.

Де взяти те, що нам потрібно?

Мене вражає, яку кількість енергії ми використовуємо у повсякденному житті. Припустімо, я вирішив прийняти ванну й хочу підрахувати, скільки енергії потрібно, щоб нагріти воду. Формула дуже проста: кількість енергії в кілокалоріях дорівнює добутку маси води в кілограмах і різниці температури в градусах Цельсія. Ванна вміщує приблизно 100 кілограмів води, і якщо вважати, що температура зростає приблизно на 50 градусів за Цельсієм, то для гарячої ванни потрібно десь 5000 кілокалорій, або 20 мільйонів джоулів. Ванна — це чудово, але досить енерговитратно. Дивовижно, але в Сполучених Штатах ця енергія така дешева, що ванна коштуватиме вам лише півтора долара. Двісті років тому воду для ванни гріли дровами. У кілограмі дров міститься приблизно 15 мільйонів джоулів енергії, тому, щоб нагріти одну ванну, цієї кількості було б достатньо. Сучасні дров’яні котли мають ККД до 70 відсотків, тоді як на відкритому вогні або в пічках двохсотрічної давнини тепло перетворювалось менш ефективно, і це потребувало більше часу: щоб нагріти ті самі 100 літрів води, потрібно було десь 5–10 кілограмів дров. Не дивно, що наші предки приймали ванну значно рідше, ніж ми, і частенько в одній і тій самій воді милася вся родина.

Ось наведу ще трохи цифр, щоб ви відчули, скільки енергії використовують у побуті. Кімнатний обігрівач споживає орієнтовно 1000 ватів, тобто за годину ви витрачаєте приблизно 3,6 мільйона джоулів, або, якщо в звичних одиницях споживання електроенергії, 1 кіловат-годину. У холодному кліматі електрообігрівач може споживати до 2500 ватів. Віконний кондиціонер зазвичай споживає 1500 ватів, тоді як система централізованого кондиціонування — приблизно 5–20 кіловатів. За температури 180 градусів за Цельсієм електрична духовка використовує 2 кіловати, а посудомийна машина — приблизно 3,5 кіловата. Ще одне цікаве порівняння. Стаціонарний комп’ютер із 17-дюймовим монітором на електронно-променевій трубці споживає від 150 до 350 ватів, а у «сплячому» режимі — не більше 20 ватів. Найнижчі цифри — у радіогодинника, який споживає лише 4 вати. У лужній батарейці на 9 вольтів міститься приблизно 18 000 джоулів, або 5 ват-годин; від неї ваше радіо пропрацює трохи більше години.

Землю населяє понад 6,5 мільярда людей, і за рік ми використовуємо приблизно 5 · 1020 джоулів енергії. Навіть через сорок років після нафтового ембарго ОПЕК 85 відсотків енергії ми отримуємо з викопного палива: вугілля, нафти й природного газу. На Сполучені Штати з населенням лише трохи більше ніж 300 мільйонів, що становить двадцяту частину населення планети, припадає п’ята частина світового споживання енергії. Цієї проблеми уникнути неможливо: ми справжнісінькі енергетичні марнотратці. До речі, саме тому я невимовно зрадів, коли президент Обама призначив міністром енергетики нобелівського лауреата з фізики Стівена Чу. Якщо ми хочемо розв’язати енергетичні проблеми, потрібно враховувати фізику енергії.

Наприклад, зараз багато надій покладають на можливості сонячної енергетики, і я тільки за те, щоб активно її розвивати. Але тут ми стикаємося з обмеженнями, на які маємо зважати. Не викликає сумніву, що Сонце — чудове джерело енергії. Воно вироб­ляє 4 · 1026 ватів енергії (це 4 · 1026 джоулів за секунду), здебільшого у вигляді видимого світла й інфрачервоного випромінювання. Знаючи відстань між Землею й Сонцем (150 мільйонів кілометрів), можна обчислити, яка частка цієї енергії досягає нашої планети. Це приблизно 1,7 · 1017 ватів, або майже 5 · 1024 джоулів за рік. Якщо спрямувати панель площею один квадратний метр точно на Сонце (за безхмарної погоди!), вона поглине приблизно 1200 ватів (я припустив, що 15 відсотків енергії, яка потраплятиме на панель, відіб’ється й розсіється в атмосфері). Для простоти можемо округлити це число до 1000 ватів (1 кіловата) на квадратний метр за умови спрямованості панелі точно на Сонце й за відсутності хмар.

Здавалось би, сонячна енергетика має колосальний потен­ціал. Щоб задовольнити світові потреби в енергії, вистачило б сонячних панелей площею приблизно 2 · 1010 квадратних метрів. Це десь у п’ять разів більше за площу моєї батьківщини — Голландії, аж ніяк не найбільшої країни.

Утім усе не так просто. Є день і ніч, чого ми досі не враховували. Ми просто виходили з того, що Сонце світить постійно. І хмари коли-не-коли насувають. І якщо ваші сонячні панелі зафіксовані жорстко, вони не можуть весь час бути спрямованими на Сонце. Також має значення, де саме на планеті їх розміщено. Країни біля екватора отримують більше енергії (усе-таки там спекотніше), ніж країни, розташовані північніше (у Північній півкулі) або південніше (у Південній півкулі).

Потрібно враховувати й ефективність установок, які поглинають сонячну енергію. Існує безліч різних технологій, і їхня кількість постійно зростає, але максимальний ККД силіцієвих сонячних елементів (раціональніших порівняно з елементами, виготовленими з дорогих матеріалів) приблизно 18 відсотків. Якщо за допомогою сонячної енергії одразу нагрівати воду (не перетворюючи її спершу на електроенергію), ефективність буде значно вища. Для порівняння: котел на рідкому паливі, навіть не дуже сучасний, легко досягає ККД 75‒80 відсотків. Таким чином, якщо брати до уваги ці обмежувальні чинники, нам радше знадобляться сонячні панелі площею трильйон квадратних метрів, що приблизно втричі більше за площу Німеччини. І це ми ще не враховували вартості побудови електростанцій, які поглинатимуть сонячну енергію та перетворюватимуть її на електроенергію. На цей момент отримувати електрику від Сонця приблизно вдвічі дорожче, ніж із викопного палива. Перехід на сонячну енергію не тільки коштуватиме неймовірних грошей — такий проект просто понад наші технологічні можливості чи політичну волю. Тому поки що сонячна енергетика відіграватиме дедалі більшу, але все-таки відносно незначну роль у світовій економіці.

З іншого боку, якщо почати просто зараз, то за наступні чотири десятиліття ми могли б досягти колосальних успіхів. За оцінками Грінпіс та Міжнародної енергетичної агенції (станом на 2009 рік), за значного державного фінансування сонячна енергетика мог­ла б покрити «до 7 відсотків світових енергетичних потреб до 2030 року та їхню чверть до 2050 року». Кілька років тому в журналі Scientific American стверджували, що впровадження прискореної програми в цій галузі та субсидіювання на понад 400 міль­ярдів доларів протягом наступних сорока років може привести до того, що сонячна енергія забезпечуватиме 69 відсотків потреб Сполучених Штатів в електроенергії та 35 відсотків загальних потреб в енергії.

А як щодо енергії вітру? Усе-таки людство використовує цю енергію ще від часів винайдення паруса. Вітряки з’явилися задовго до електрогенераторів, можливо, навіть за тисячу років до них. І принцип отримання енергії від природи й перетворення її в інший вид, яким людина могла скористатися, був усюди однаковим — чи то в Китаї в ХІІІ столітті, чи ще раніше в Ірані, чи у ХІІ столітті в Європі. Скрізь вітряки полегшували людям важку роботу: піднімали воду для пиття або поливу полів чи перемелювали між величезними каменями зерно на борошно. Вітряк працює від енергії вітру, незалежно від того, виробляє він електрику чи ні.

Як джерело електроенергії енергія вітру легкодоступна, повністю відновлювана і не спричиняє викидів парникового газу. У 2009 році вітроелектростанції по всьому світу виробили 340 терават-годин (одна терават-година — це мільярд кіловат-годин), що становить приблизно 2 відсотки світового споживання електро­енергії. І ця галузь швидко зростає: за останні три роки кількість електроенергії, отриманої від вітру, подвоїлася.

А що з атомною енергією? Вона значно поширеніша, ніж більшість із нас уявляє. Насправді вона оточує нас усюди. Віконні шибки містять радіоактивний калій-40, період піврозпаду якого 1,2 міль­ярда років, і енергія, що вивільняється при цьому, нагріває ядро Землі. Весь гелій в атмосфері — результат радіоактивного розпаду природних ізотопів. Те, що ми називаємо альфа-розпадом, насправді є випромінюванням ядра гелію з більшого нестабільного ядра.

Я зібрав величезну колекцію дуже особливого столового посуду — тарілки, миски, блюдця, чашки — американської марки Fiesta, який почали випускати ще в 1930-ті. Я люблю приносити кілька із цих тарілок на лекції та показувати студентам. Зокрема, оранжеві тарілки під назвою Fiesta red містять оксид урану, який раніше часто був складником керамічної глазурі. Я підношу до тарілки лічильник Гейгера, і він починає швидко пікати. Отже, уран, що міститься в тарілці, радіоактивний і випромінює гамма-промені. Після цієї демонстрації я завжди запрошую студентів до себе на вечерю, але, хоч як дивно, охочих не було ще жодного разу.

Під час розщеплення важких ядер вивільняється велика кількість енергії — як в атомному реакторі, де відбуваються керовані ланцюгові реакції перетворення ядер урану-235, так і в атомній бомбі, де реакції некеровані і призводять до колосальних руйнувань. Атомна електростанція, що за секунду виробляє мільярд джоулів енергії (109 ватів, або 1000 мегаватів), використовує за рік приблизно 1027 ядер урану-235, тобто лише 400 кілограмів цієї радіоактивної речовини.

Проте у природному урані вміст урану-235 становить 0,7 відсотка (решта — це уран-238). Тому на атомних електростанціях використовують збагачений уран. Ступінь збагачення різниться, але зазвичай становить 5 відсотків. Це означає, що вміст урану-235 у паливних стрижнях уже не 0,7 відсотка, а 5 відсотків. Таким чином, ядерний реактор потужністю 1000 мегаватів за рік споживатиме приблизно 8 тонн урану, з яких 400 кілограмів припадає на уран-235. Для порівняння — аналогічна електростанція, що працює на викопному паливі, спалює приблизно 5 мільйонів тонн вугілля за рік.

Збагачувати уран надзвичайно дорого. Роблять це за допомогою тисяч центрифуг. Уран, з якого виготовляють ядерну зброю, має містити мінімум 85 відсотків урану-235. Можливо, тепер ви розуміє­те, чому світ дуже непокоїться через країни, що збагачують уран до невизначеного ступеня, який ніхто не може проконтролювати.

На атомних електростанціях тепло, що виділяється під час керованої ядерної реакції, випаровує воду, пара обертає турбіну й виробляється електроенергія. Таким чином на електроенергію перетворюється приблизно 35 відсотків атомної енергії. Коли ви читаєте, що атомна електростанція виробляє 1000 мегаватів, то не зрозуміло, чи це 1000 мегаватів загальної потужності (третина якої перетворюється на електроенергію, а дві третини втрачаються у вигляді тепла), чи це вся електроенергія, і тоді загальна потужність електростанції становить приблизно 3000 мегаватів. Це суттєва різниця! Вчора я прочитав у газеті, що Іран найближчим часом планує запустити атомну електростанцію, яка вироблятиме 1000 мегаватів електроенергії (оце зрозуміло!).

Останніми роками світ неабияк переймається із приводу глобального потепління і знову зайшла мода на атомну енергетику, бо на відміну від електростанцій, що працюють на викопному паливі, атомні електростанції викидають незначну кількість парникових газів. У Сполучених Штатах уже працює більше ста атомних електростанцій, що виробляють приблизно 20 відсотків енергії, яку ми споживаємо. У Франції ця цифра становить приблизно 75 відсот­ків. Частка атомної енергетики у світовому споживанні електроенергії — майже 15 відсотків. У кожної країни своя політика щодо ядерної енергетики, але щоб побудувати більше електростанцій, політичні діячі мають докласти неабияких зусиль, щоб розвіяти страхи суспільства, викликані сумнозвісними аваріями на Трі-Майл-Айленд, у Чорнобилі й на Фукусімі. Також це потребує дуже значних коштів: за різними оцінками, вартість будівництва атомної електростанції коливається в межах від 5‒10 мільярдів доларів у США до приблизно 2 мільярдів доларів у Китаї. Нарешті, дуже серйозною технологічною й політичною проблемою було і залишається зберігання радіоактивних відходів атомних електростанцій.

Земля все ще має величезні запаси викопного палива, але ми використовуємо його значно швидше, ніж природа здатна його відтворити. Населення світу й далі зростає, зокрема в таких краї­нах, як Китай та Індія, тим часом стрімко розвиваються і енергоємні технології. І справді уникнути цього неможливо. Ми стої­мо перед загрозою дуже серйозної енергетичної кризи. Як нам її подолати?

По-перше, важливо усвідомити, яку величезну кількість електроенергії ми споживаємо щодня, й намагатися використовувати її менше. Як на мене, я досить скромний енергоспоживач, але оскільки я мешкаю в Сполучених Штатах, упевнений, що все одно споживаю в чотири-п’ять разів більше, ніж у середньому у світі. Я користуюся електрикою. Для опалення, нагрівання води та приготування їжі використовую газ. Я їжджу на машині — не дуже часто, але все-таки спалюю якусь кількість бензину. Якщо все це додати, думаю, я у 2009 році споживав у середньому приблизно 100 мільйонів джоулів (30 кіловат-годин) енергії на день, з яких приблизно половина припадає на електроенергію. В енергетичному еквіваленті це наче експлуатувати дві сотні рабів, які гарували б на мене як прокляті по дванадцять годин на день. Подумайте про це! Колись дозволити собі таке могли тільки найзаможніші монархи. У які неймовірно розкішні часи ми живемо! Кожного божого дня на мене працюють двісті рабів по дванадцять годин без перерви — і все для того, щоб я міг жити так, як хочу. За 1 кіловат-годину електроенергії, тобто 3,6 мільйона джоулів, я сплачую лише 25 центів. Тому мій сумарний рахунок за місяць (я порахував сюди газ і бензин, бо їхня вартість на одиницю енергії не дуже відрізняється) за цих двохсот рабів становить у середньому 225 доларів. Це більше долара за раба на місяць! Таким чином, зміна ставлення конче потрібна. Але цього недостатньо.

Серйозно вплинути на ситуацію можна, перейшовши на використання енергоощадних пристроїв, наприклад замінити лампи розжарювання на люмінесцентні. Я сам спостерігав досить різкі зміни. У моєму будинку в Кембриджі за 2005 рік було спожито електроенергії на 8860 кіловат-годин, а за 2006-й — 8317 кіловат-годин. Сюди враховано освітлення, кондиціонер, пральну машину й сушарку (для нагрівання води, приготування їжі й опалення я використовую газ). У середині грудня 2006 року мій син Чак (засновник організації New Generation Energy) зробив мені пречудовий подарунок: замінив усі лампи розжарювання в моєму будинку (їх було 75) на люмінесцентні. Споживання електроенергії зменшилося до 5251 кіловат-години у 2007 році, 5184 кіловат-годин у 2008-му та 5226 кіловат-годин у 2009 році. Завдяки цьому скороченню мого електроспоживання на 40 відсотків мій щорічний рахунок зменшився приблизно на 850 доларів. Оскільки в США на освітлення припадає приблизно 12 відсотків побутового споживання електроенергії і 25 відсотків для комерційного, то це безперечно правильний шлях!

Ідучи подібним шляхом, влада Австралії у 2007 році запланувала замінити по всій країні лампи розжарювання на люмінесцентні. Це не тільки дозволило значно скоротити викиди парникового газу, але й допомогло кожній сім’ї заощадити на електроенергії (як це зробив я). Проте зупинятися на цьому не можна.

На мою думку, якщо ми хочемо вижити, зберігши при цьому нинішню якість життя, то в нас є один спосіб — розвивати ядерний синтез як надійне й ефективне джерело енергії. Не розщеп­лення, під час якого ядра урану й плутонію розпадаються, виділяючи енергію для роботи ядерного реактора, а синтезу — коли атоми водню зливаються, утворюючи гелій, і при цьому вивільняється енергія. Ядерний синтез є джерелом енергії для зір і термоядерних бомб. З усіх відомих нам процесів саме під час ядерного синтезу виділяється найбільше енергії на одиницю маси — якщо не враховувати зіткнення матерії з антиматерією, яке неможливо використати як джерело енергії.

З досить складних причин для термоядерних реакторів придатні тільки певні різновиди водню — дейтерій і тритій. Дейтерій (ядро якого містить один протон і один нейтрон) досить поширений. Приблизно один з кожних 6000 атомів водню на Землі — це дейтерій. У Світовому океані приблизно мільярд кубічних кілометрів води, тому можна сказати, що запаси дейтерію практично необмежені. Природного тритію на Землі немає (він радіоактивний, з періодом піврозпаду близько дванадцяти років), але його легко отримати в ядерних реакторах.

Справжня проблема полягає в тому, щоб створити функціональний, практичний термоядерний реактор, яким можна керувати. Зараз ми аж ніяк не можемо бути впевненими, що нам це взагалі вдасться. Щоб ядра водню почали зливатися, потрібно створити тут, на Землі, температури в діапазоні сотень мільйонів градусів, наближені до температури в ядрі зір.

Науковці вже багато років інтенсивно працюють над реакціями ядерного синтезу — і я вважаю, що останнім часом значно активніше, — тому що, здається, дедалі більше країн усвідомлюють реальність енергетичної кризи. Звісно, це серйозна проблема. Але я не втрачаю надії. Урешті-решт за свою наукову кар’єру я не раз був свідком просто приголомшливих змін у своїй галузі, коли наші уявлення про Всесвіт ставали з ніг на голову. Наприклад, космологія, що раніше базувалася здебільшого на припущеннях і зовсім трохи на наукових фактах, тепер стала-таки експериментальною наукою, і ми надзвичайно багато дізналися про походження Всесвіту. Більшість навіть вважає, що ми живемо в золоту добу космології.

Коли я тільки починав дослідження в галузі рентгенівської астрономії, нам був відомий з десяток джерел рентгенівського випромінювання у глибокому космосі. Зараз ми відкрили десятки тисяч. П’ятдесят років тому, щоб умістити обчислювальні потужності вашого двокілограмового ноутбука, знадобилась би майже вся площа корпусу МТІ, у якому є мій кабінет. П’ятдесят років тому астрономи залежали від наземних оптичних і радіотеле­скопів — от і все, що було! Зараз у нас є не лише космічний телескоп «Габбл», а й низка рентгенівських супутникових обсерваторій, гамма-обсерваторій, а також ми використовуємо й будуємо нові нейтринні обсерваторії. П’ятдесят років тому навіть вірогідність Великого вибуху була відкритим питанням. Тепер ми не тільки вважаємо, що знаємо, яким був Всесвіт у першу мільйонну частку секунди після Великого вибуху. Ми впевнено досліджуємо астрономічні об’єкти віком понад 13 мільярдів років — ті, що сформувалися за перші 500 мільйонів років після вибуху, з якого виник наш Всесвіт. Зважаючи на ці колосальні відкриття й перетворення, як я можу не бути впевненим у тому, що науковцям вдасться розв’язати проблему керованого ядерного синтезу? Не хочу одразу применшувати труднощі чи нагальність цієї справи, але я вважаю, що це лише питання часу.

15 Куля-молот — призначена для руйнування будинків сталева куля, яку підвішують на тросі до стріли крана або екскаватора. — Прим. ред.

16 Якщо ви хочете використати це рівняння, як значення g візьміть 9,8, а висоту h виразіть у метрах. Тоді ви отримаєте υ у метрах за секунду. Якщо h дорівнює 1,5 метра (над підлогою), тіло впаде на підлогу на швидкості приблизно 5,4 мет­ра за секунду, або 19,4 кілометра за годину.

17 Французька назва теплецю (calorique) збереглася в назві одиниці кількості теп­ла — калорії. — Прим. наук. ред.

18 Для простоти я округлив g до 10 метрів за секунду у квадраті — так часто роблять у фізиці.