Научные открытия для тех, кто любит краткость - Алла Казанцева

В 1940 году, когда уже была разработана квантовая механика, Паули строго доказал «теорему Паули»: для частиц с полуцелым спином s выполняется принцип запрета – в одном квантовом состоянии может находиться не более (2s+1) одинаковых частиц.

22 марта – Всемирный день воды. Воды на Земле много. 70 % земной поверхности занимает Мировой океан. Если его воду распределить равномерно по поверхности Земли, то получится слой толщиной 3 км. Но еще в 10 раз больше воды спрятано в земной коре и мантии, правда, там она находится в связанном состоянии в составе горных пород и минералов.

Сначала Земля была горячей и сухой. Так откуда взялась вода? Есть два варианта: вода пришла на Землю из космоса или же у нее земное происхождение. Одна из космических гипотез предполагает, что 3,8 млрд лет назад миллионы комет и астероидов, богатых водой, атаковали Землю, принеся на нее воду. Другая космическая гипотеза «обвиняет» в появлении воды солнечный ветер: протоны, испускаемые Солнцем, попадают в верхние слои земной атмосферы, захватывают электроны, превращаясь в атомы водорода, и немедленно вступают в реакцию с кислородом, образуя воду. Ежегодно почти полторы тонны такой «солнечной» воды рождается в стратосфере.

Однако сейчас ученые все больше склоняются к мысли, что вода так или иначе была «изготовлена» в земных условиях. Предполагают, что ранняя Земля имела плотную атмосферу, содержавшую водород, который, соединяясь с кислородом окислов мантии, производил воду. Водяной пар выбрасывался из земных недр и при извержениях вулканов. После остывания Земли пар сконденсировался в океаны. Образованию воды помогли и особого вида бактерии, которые под действием солнечного света усваивали сульфид водорода и углекислый газ, выделяя при этом воду.

И все же загадка происхождения воды на Земле полностью не разгадана.

23 марта 1749 года родился Пьер Симон Лаплас, французский математик, физик и астроном (ум. 1827).

Лаплас – это целая эпоха в науке. Триумф классической механики, расцвет небесной механики и рождение космогонии – учения о развитии Вселенной. А начиналась она так: 17-летний провинциал приехал завоевывать Париж, вооруженный рекомендательными письмами. Он направился в Академию, в которой царил в то время Даламбер (см. 18 ноября). Переслав ему свои рекомендации, Лаплас долго и безуспешно ждал встречи. Однажды, ожидая в приемной, он изложил на бумаге свои взгляды на основные принципы механики и вероятное развитие этой науки в ближайшем будущем. Письмо Лапласа произвело на Даламбера огромное впечатление, и на следующий день он ответил Лапласу: «Милостивый Государь! Вы имели случай убедиться, как мало я обращаю внимания на рекомендации, но Вам они были совершенно не нужны. Вы зарекомендовали себя сами, и этого мне совершенно достаточно». Так Лаплас стал профессором, а вскоре и академиком.

Он занимался и физикой, и чистой математикой. Но главным его увлечением была небесная механика – расчет движений небесных тел. Лаплас доказал, что законом тяготения Ньютона можно объяснить все наблюдаемые движения небесных тел. Он разработал гипотезу о возникновении солнечной системы из газопылевой туманности. Гипотеза Лапласа произвела полный переворот в умах, утверждая идею эволюции природы. Эта идея вскоре проникла в другие науки – геологию, биологию…

24 марта 1891 года родился Сергей Иванович Вавилов, создатель Физического института Академии наук (ФИАН) им. Лебедева, президент Академии Наук СССР с 1945 года до своей смерти в 1951 году.

Два брата Вавиловы, Николай (знаменитый генетик, погибший в саратовской тюрьме) и Сергей (физик), стали украшением истории науки ХХ века.

В 1934 году Сергей Вавилов основал Физический институт Академии наук и стал его первым директором. Тогда же в ФИАНе было сделано первое крупное открытие: Черенков, аспирант Вавилова, наблюдал свечение жидкостей при движении в них электронов со сверхсветовой скоростью (эффект Вавилова – Черенкова). Дальновидность Сергея Ивановича сказалась и в том, что он стал развивать в ФИАНе ядерную физику – тогда только очень немногие ученые понимали то значение, которое она вскоре приобретет. А в новорожденном ФИАНе, казалось бы, никаких условий для занятий ядерной физикой не было – ни подготовленных в этой области кадров, ни оборудования. Благодаря дальновидности и огромной организаторской работе Вавилова ФИАН стал крупнейшим научно-исследовательским центром в СССР. Научные интересы самого Сергея Ивановича лежали в области физической оптики. Он был к тому же прекрасным популяризатором науки. Вам наверняка понравятся его книги «Глаз и Солнце», «О теплом и холодном свете» и другие.

После скоропостижной смерти С.И. Вавилова в английском журнале «Природа» писали: «Проделанная им работа на благо Родины превосходит выпадающую на долю одного человека. Наряду с Ломоносовым его будут считать одним из великих создателей науки в СССР».

25 марта 1934 года Энрико Ферми впервые сообщил об искусственных превращениях ядер, вызываемых нейтронами.

В 1934 году супруги Жолио-Кюри получили не существующие в природе изотопы, бомбардируя легкие ядра альфа-частицами (см. 15 января). В том же году Энрико Ферми пошел по новому пути: он начал облучать элементы нейтронами. Это было неожиданно и смело. Многие физики отнеслись скептически к идее Ферми: ведь чтобы получить нейтроны, сначала надо было облучать альфа-частицами бериллий, так что количество производимых нейтронов было гораздо меньше количества альфа-частиц. Зато нейтрону легче проникнуть в ядро, чем альфа-частице – ведь он не имеет заряда и ему не надо преодолевать электрическое отталкивание ядра. «Нейтронные пушки» Ферми представляли из себя маленькие трубочки длиной в несколько сантиметров, заполненными смесью бериллия и радона. Альфа-частицы, испускаемые радоном, попадали в ядра бериллия и выбивали из них нейтроны. «Пушку» направляли на пластинку из изучаемого вещества и оставляли на несколько часов или дней. Такой простой метод оказался очень успешным! Ферми писал, что высокая эффективность нейтронов «вполне компенсирует слабость существующих нейтронных источников по сравнению с источниками альфа-частиц и протонов». Ему удалось этим методом получить 47 новых изотопов при облучении 68 элементов. За этот цикл работ Ферми удостоен Нобелевской премии 1938 года. Воодушевленный успехом, он начал бомбардировать нейтронами тяжелые элементы торий и уран. Что из этого вышло, вы прочтете на странице 8 июня.