Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса

Физик объясняет, какие научные идеи скрываются за повседневными явлениями и как связаны простые вещи вроде взрыва попкорна и магнитов на холодильнике с такими большими идеями, как изменения климата и инновационная медицинская диагностика.

 

Если налить немного молока в чашку с чаем и быстро размешать ложечкой, то сначала вы увидите что-то наподобие маленького водоворота, спираль из двух жидкостей, увлекающих друг друга в кружение и лишь едва соприкасающихся между собой.

 

Такую же картину можно заметить и в других местах и в другом масштабе — и причина ее будет такой же. Если взглянуть на Землю из космоса, то нередко можно наблюдать очень похожие «водовороты» в облаках — в тех местах, где массы теплого и холодного воздуха кружатся друг вокруг друга, вместо того чтобы просто перемешаться между собой.

 

В Британии такие воздушные «водовороты» регулярно перемещаются через Атлантический океан, с запада на восток, и служат причиной изменчивости британской погоды, пользующейся дурной славой. Эти воздушные «водовороты» образуются на границе между холодным полярным воздухом, который движется с севера, и теплым тропическим воздухом с юга.

 

Однако сходство картин, которые мы наблюдаем в том и другом случае, не является простой случайностью. Оно указывает на некую общую, более фундаментальную основу. Под их внешним сходством скрывается некая систематическая основа для всех подобных явлений — основа, открытая, исследованная и проверенная в ходе строгих научных экспериментов, проводившихся не одним поколением ученых.

 

Этот процесс открытия и есть наука: непрерывное уточнение и проверка нашего нового понимания тех или иных явлений окружающего мира, наряду с новыми изысканиями, которые выявляют новые факты, требующие осмысления.

 

Прелесть физических законов заключается именно в их универсальности: они действуют и на кухне, и в самых отдаленных уголках Вселенной.

 

Эта книга будет полезна всем, кого интересует, как устроена Вселенная и что приводит ее в действие.

 

Элен Черски преподает на факультете машиностроения Университетского Колледжа Лондона (University College London). Элен Черски — физик; она занимается исследованием воздушных пузырьков, которые образуются под разбивающимися волнами в открытом океане. Цель исследований — понять влияние этих воздушных пузырьков на погоду и климат.

Элен регулярно участвует в телевизионных программах BBC, посвященных физике, океану и атмосфере (эти темы освещаются в таких циклах телевизионных передач, как Colour: the spectrum of science, Orbit, Operation Iceberg, Supersenses и Dara O’Briain’s Science Club), в телевизионных программах, посвященных воздушным пузырькам, Солнцу и погоде на нашей планете. Она является также обозревателем в журнале Focus, в 2014 г. была включена в шорт-лист претендентов на звание «Колумнист года», присуждаемое Ассоциацией профессиональных издателей (Professional Publishers Association — PPA). Элен Черски также написала много статей для газеты Guardian

 

Знание базовых законов физики превращает окружающий мир в нечто наподобие коробки с игрушками. Обычный тостер может немало поведать о некоторых самых фундаментальных законах физики, к тому же преимущество тостера заключается в том, что он наверняка уже стоит у вас на кухне и вы можете ежедневно наблюдать его в действии. Физика актуальна и на кухне, и в самых отдаленных уголках Вселенной.

 

При взгляде на Землю из космоса нередко можно увидеть очень похожие завихрения в облаках. Холодные и теплые воздушные массы гоняются друг за другом по кругу и известны как области низкого давления, или циклоны. По мере вращения этих спиралей мы становимся свидетелями быстрых переходов между ветреной, дождливой и солнечной погодой.

 

В пасмурные дни плотная облачность препятствует проникновению видимого света, однако значительная часть ультрафиолета все же проходит сквозь облака. Специальные пигменты, содержащиеся в куртках велосипедистов, поглощают его и вырабатывают видимый свет. Это полный аналог «технологии», применяемой скорпионами, но с диаметрально противоположной целью.

 

Отварите краснокочанную капусту, чтобы экстрагировать из него пигмент; отвар (он приобретет фиолетовый цвет) сохраните. Смешайте его часть с уксусом, и полученный раствор станет красным. Добавление раствора стирального порошка (обладающего сильной щелочной реакцией) сделает отвар желтым или зеленым. Из того, что найдется у вас на кухне, можно создать настоящую радугу цветов!

 

Каждый из нас полагается в жизни на три системы жизнеобеспечения: наше тело, планета Земля и человеческая цивилизация. Параллели между ними очевидны, поскольку все они существуют в рамках одной и той же физической системы. Обрести более глубокое понимание этих систем — наверное, лучшее из того, что мы можем сделать для сохранения жизни на планете и обеспечения процветания нашей цивилизации.

 

В следующий раз, бросив кубик льда в какой-либо напиток, понаблюдайте за тем, как он тает, и вообразите микроскопические атомные колебания, отдающие энергию по мере передачи тепла от воды к кубику льда. Хотя вы не можете видеть сами атомы, вы по крайней мере можете наблюдать последствия передачи тепловой энергии от одних объектов к другим.