Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени - Джеймс Бёрк

Диалектологи, в большинстве своем немцы, колесили по северной Италии и фиксировали разницу в произношении слов; они заставили пятьдесят тысяч немцев произнести предложение «Зимой сухие листья кружатся в воздухе». Еще они отмечали на карте области, где немцы говорят dorf, а где уже dorp (деревня, нем.) или где местоимение «я» произносится как ich, а где как ick. Одним из ученых, принимавших участие в этих чудачествах, был Эдуард Шван, который приобрел известность как немецкий специалист по французскому акценту. На одном из этапов работы он обратился за помощью к знаменитому немецкому физику Эрнсту Прингсхайму, и тот помог ему с фонометрическим анализом акцента. Ученые, по всей видимости, пользовались вариантом фоноавтографа Скотта.

Прингсхайм279 — 88 был больше известен своими исследованиями излучения, в которых он применял новый физический чудо-инструмент для измерения инфракрасного излучения — радиометр Крукса. К несчастью для Прингсхайма, его репутация как специалиста по излучению вскоре сильно пострадала — прибор действовал совсем не так, как он предполагал.

Уильям Крукс, который изобрел радиометр, был одним из самых респектабельных ученых викторианской Англии. У него была очень сильная мотивация к тому, чтобы зарабатывать наукой, поскольку он имел десятерых детей. Финансовую независимость ему принес новый метод извлечения золота, и он мог себе позволить задуматься о великом вкладе в фундаментальную науку. Крукс изобрел катодную трубку280 — 40, 50, процесс сухой проявки фотографий, а также помог определить атомный вес таллия. Однако изобретение радиометра стало следствием не его научной одаренности, а живого интереса к оккультному знанию. Крукс регулярно участвовал в различных «сеансах», на которых наблюдал летающие в воздухе платки, аккордеоны, играющие сами по себе, и привидение по имени Кэти Кинг. Это, впрочем, не мешало ему быть президентом Лондонского королевского общества.

Идея радиометра пришла ему в голову во время работы с таллием. Он взвешивал кусочки этого металла на весах в вакууме и обратил внимание, что теплые образцы легче холодных. Крукс решил, что существует связь между температурой и гравитацией и продолжил изучение феномена — он особенно интересовал его с точки зрения действия «психических сил». Экспериментально он выяснил, что если в вакууме к объекту большей массы приблизить объект меньшей массы, то они либо притягиваются, либо отталкиваются, и чем чище вакуум, тем сильнее эффект. В 1873 году Крукс был убежден, что открыл отталкивающее действие излучения.

Чтобы исследовать этот феномен, он и придумал радиометр. Он представлял собой тонкую стальную вертикальную ось с насаженными на нее четырьмя тонкими лопастями. Одна из сторон каждой лопасти была выкрашена в черный цвет. Все сооружение помещалось в стеклянной емкости. Когда к сосуду подносили источник света, лопасти радиометра вращались. Крукс объявил, что это движение есть не что иное, как действие «давления света». Именно это предположение подтолкнуло Прингсхайма к экспериментам с инфракрасным светом.

Как позже выяснилось, и Крукс, и Прингсхайм заблуждались. В 1875 году самым выдающимся экспертом в гидравлике считался профессор математики из Манчестера Осборн Рейнольдс (знаменитый своей привычкой время от времени прерывать лекцию на полуслове и бежать к доске, чтобы записать новую идею). Ему удалось доказать, что даже если из сосуда радиометра максимально выкачан воздух, нагревание лопастей светом вызывает выделение небольшого количества молекул газа, которые также нагреваются и движутся, создавая давление на лепестки «вертушки». Этим и объясняется вращение лопастей прибора.

Увлечение Рейнольдса гидравликой и гидродинамикой привело его к серии важных открытий и изобретений. Он разработал методы моделирования поведения воды в устьях рек и каналах, получил патенты на усовершенствования насосов и турбин, произвел математические расчеты для постройки масштабных моделей кораблей, описал образование пустот в воде при вращении гребных винтов, изучил охлаждающий эффект дождя на морскую поверхность, объяснил, почему шарик для пинг-понга не падает с вертикальной струи воды, а также рассказал о том, почему едут лыжи — снег под ними подтаивает. Также у него была забавная теория о том, что Вселенная состоит из маленьких шариков.

Самым большим вкладом Рейнольдса в сумму человеческих знаний стало открытие числа, которое сегодня носит его имя. Так называемое число Рейнольдса представляет собой жизненно важное для гидродинамики отношение скорости и плотности жидкости, а также диаметра отверстия, через которое она протекает, к ее вязкости. Важнейшим практическим применением числа Рейнольдса стало то, что оно помогает инженерам избегать турбулентных завихрений в жидкостях. Благодаря этому корабли плывут ровно, каналы не выходят из берегов, исправно работают насосы, а водопроводные и газовые трубы в наших домах не протекают. Так же сложно переоценить важность числа Рейнольдса для туристической и авиаиндустрии — оно лежит в основе аэродинамики и помогает конструировать самолеты. Используя это отношение, братья Райт сначала построили аэродинамическую трубу, испытали в ней три планера, а уж потом сами поднялись в воздух на своем аэроплане.

Но и это еще не все, чем мы обязаны Рейнольдсу. Он исследовал значение смазки для важнейшей детали будущего авиационного мотора братьев Райт. Приспособление это с 1879 года использовалось в конструкции велосипедов, а поскольку братья Райт раньше сами продавали и чинили велосипеды281 — 68, 77, они были прекрасно осведомлены о нем. Речь идет о шарикоподшипниках.

Человеком, который познакомил инженеров всего мира с шарикоподшипниками, был немец по имени Стрибек. В конце XIX века он провел громадное количество опытов с подшипниками самых разных моделей в самых разных условиях. Он тестировал цилиндрические и сферические подшипники, подшипники из закаленной и обычной стали, в чашечках, в кольцах, в тарелках, с кольцеобразным гребнем, по одному и по несколько штук, в желобе, с нагрузкой под разными углами, вращающиеся быстро и медленно, подшипники со смазкой и сухие подшипники, при высокой и низкой температурах, гладкие и рифленые, большие и маленькие, а также под давлением тяжелого груза до разрушения. Стрибек выяснил, что лучше всего работают подшипники на базе шариков, помещенных во внутреннюю канавку, именно ее наличие обеспечивает оптимальное распределение нагрузки.

Шарикоподшипники использовались в двигателях самолетов союзных армий во время Второй мировой войны. Кроме того, они очень помогли пилотам в еще одном важном деле. Перьевые ручки штурманов бомбардировщиков, летавших на больших высотах, часто текли из-за низкого давления и оставляли кляксы на картах. Это было серьезной проблемой — клякса могла попасть на важный участок карты, после чего его становилось невозможно прочитать. Самолет мог просто пролететь нужное место. В 1944 году венгр по имени Ласло Биро, проживавший в Аргентине, предложил американцам и англичанам свое новое изобретение. Оно имело головокружительный успех: британские королевские ВВС купили сразу тридцать тысяч штук — даже больше, чем американцы.

В начале войны благодаря аэродинамическим открытиям Рейнольдса и подшипнику Стрибека летчики союзников спокойно вылетали на бомбометания, не беспокоясь за работу двигателей, а в конце войны опять же благодаря Рейнольдсу и Стрибеку экипажи так же спокойно возвращались домой по чистым незаляпанным картам. Воспользовавшись данными экспериментов Стрибека, Ласло Биро сконструировал емкость для чернил в форме карандаша, на конце которой в металлических канавках был закреплен шарик. С помощью исследований Рейнольдса в области смазок он высчитал, каким образом и сколько чернил должно попадать на шарик и на бумагу. Короче говоря, Биро придумал не оставляющую клякс шариковую ручку.

Шариковая ручка сегодня стоит настолько дешево, что является прекрасным примером товара одноразового пользования. На самом деле от таких изделий промышленность зависит уже не одну сотню лет…

18

Яркие идеи

Часто очень яркая, но незначительная идея вызывает события, приводящие в итоге к последствиям космической значимости.

В 1892 году Уильям Пэйнтер из Балтимора изобрел технологию, которая с самого начала задумывалась как незначительная. (Он уже имел в арсенале несколько блестящих идей: новое железнодорожное кресло, определитель поддельных монет, сеялку для семян и несколько вариантов насосов.) Новая идея Пэйнтера представляла собой пример одного из самых первых товаров одноразового пользования — товаров, которые заставляют «крутиться» современную экономику.