Знание-сила, 2000 № 12 (882)

Ответы на вопросы № 12-2000

1. Фарадей обладал мощным геометрическим воображением и был упорным экспериментатором – но математическим расчетам он доверял с осторожностью. По этой причине Фарадей ввел в электрофизику только три новых понятия: ИОНЫ (плавающие в растворе электролита), ВАЛЕНТНОСТЬ ионов и СИЛОВЫЕ ЛИНИИ магнитного поля.

2. Менделеев НЕ смог предсказать существование БЛАГОРОДНЫХ ГАЗОВ: гелия, неона, аргона, ксенона, криптона. Химики долго не замечали их, потому что следили только за продуктами реакций – а благородные газы участвуют в реакциях только при особых условиях (это было обнаружено лишь в конце XX века).

3. Открытие Менделеева было сделано за 30 лет до присуждения первых Нобелевских премий. К 1900 году прелесть новизны исчезла, а живых классиков было много, они могли подождать своей очереди. Если бы Менделеев не умер в 1907 году, а дожил до появления физической модели атома Резерфорда-Бора и до ее проверки в опытах Мозли, он наверняка получил бы премию.

Заметим, что перед 1907 годом Нобелевские премии по химии получали авторы НЕДАВНИХ ярких открытий: Муассан (за выделение фтора), Рамзай (за открытие благородных газов) и т.п.

4. Наблюдать электроны удалось тогда, когда электрический ток был пропущен через вакуум (точнее – через очень разреженный газ), где ток принял форму «катодных лучей». Это впервые удалось Хитторфу в 1869 году; вскоре его превзошли Крукс и Гольдштейн (1875). Гольдштейну удалось в 1886 году впервые наблюдать встречный ток протонов сквозь электролампу – он назвал их «канальными лучами» вместо более удачного имени: «анодные лучи».

5. Голубой цвет неба долго не удавалось объяснить ни поглощением, ни отражением световых волн различной длины. Истинную причину этого эффекта – рассеяние света на пылинках определенного размера – угадал Тиндел (1869) и математически доказал Рэлей (1873). При этом Рэлей открыл закон: мера рассеяния света пропорциональна ЧЕТВЕРТОЙ степени его частоты. Например, синий свет рассеивается в 16 раз сильнее, чем красный свет (со ВДВОЕ большей длиной волн), оттого небо кажется нам синим.

6. Открытие закона сохранения полной энергии в замкнутой системе в 1840-е годы вызвало особый интерес к закономерностям ПЕРЕХОДА этой энергии из одной формы в другую. Вильям Томсон заметил, что энергия, содержащаяся в замкнутой системе, «деградирует», то есть уменьшаются неоднородности в распределении этой энергии внутри системы. В 1850 году Рудольф Клаузиус нашел удобное физическое выражение для «качества энергии» в тепловой системе: это отношение количества теплоты в системе к ее абсолютной температуре. Эту дробь, монотонно убывающую в любой замкнутой системе, Клаузиус назвал ЭНТРОПИЕЙ. Позднее Больцман нашел статистическое определение энтропии и осмыслил ее как меру «беспорядка» в системе.

7. Гипотеза о «тепловой смерти» Вселенной (то есть о неизбежном вырождении всех иных форм энергии в теплоту) появилась в 1850-е годы – после того как Клаузиус определил понятие энтропии физической системы и доказал, что в замкнутой системе энтропия никогда не убывает. В 1870-е годы Больцман строго доказал неизбежность этого явления в любой замкнутой механической системе, хотя время достижения «тепловой смерти» может быть колоссальным.

Все наблюдаемые нами «негэнтропийные» процессы УСЛОЖНЕНИЯ при- ¦ родных структур и ПОВЫШЕНИЯ плотности свободной энергии протекают ЛОКАЛЬНО – и компенсируются более быстрым возрастанием энтропии на периферии нашего мира. Поэтому конечная деградация Вселенной к равномерно нагретому однородному газу представляется неизбежной. Впрочем, эта картина усложняется при включении КВАНТОВЫХ эффектов, открытых в XX веке. Например, атом водорода не может «деградировать» – если не деградирует путем какого-то {заспала протон. Это, кажется, возможно; но теоретическая физика еще не достигла полного понимания таких явлений.