Всё о науке за 60 минут - Марти Джопсон

ее теперь принято называть. Этот стандарт определил семь основных единиц измерения и способы их воспроизведения. Конечно, с тех пор система была обновлена, и для всех единиц, кроме одной, стало возможным воспроизведение в эксперименте, хотя и не без трудностей. Например, метр теперь соответствует расстоянию, проходимому светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Секунда – это время, затрачиваемое на 9 192 631 770 циклов излучения, исходящего от атома цезия-133. Единственная нерегулярная единица измерения – килограмм[9]. Он определяется лишь в абсолютном выражении, безотносительно к другим единицам. Это вес куска цилиндрической формы из сплава платины (90 %) и иридия (10 %), изготовленного в 1889 году и в настоящее время находящегося в хранилище в Севре – коммуне в предместьях Парижа. Однако называть его куском платины и иридия – значит все же несколько занижать его ценность. Этот международный прототип килограмма, как его именуют, представляет собой идеальный, безупречный цилиндр высотой 39,17 мм с таким же диаметром. Точные копии прототипа были разосланы по всему миру, в страны, где национальные институты мер и весов используют эти копии первого поколения, чтобы изготавливать неизбежно менее точные копии второго поколения и так далее, вплоть до гирь, которыми поверяли мои кухонные весы. С каждым шагом в сторону от эталона прототипы становятся все менее точными. Именно поэтому, когда мои весы уверенно говорят мне, что кусок сыра весит 153 г, вероятность того, что это действительно так, все же довольно мала.

Кулинария в союзе с наукой

Одно из самых главных удовольствий в жизни для меня – это приготовление пищи, поэтому вы вряд ли удивитесь, если я скажу, что являюсь большим поклонником кухонных гаджетов. Мои кухонные шкафы и ящики забиты всевозможной посудой и приборами, какие-то из них полезные, другие – не очень. Самый большой и эффектный прибор на моей кухне – индукционная плита. Мне кажется, это чудо техники пришло к нам прямо из вселенной «Звездного пути» или другой научно-фантастической космической оперы по вашему выбору. Поверхность для приготовления пищи представляет собой абсолютно гладкий черный керамический лист, лишенный каких-либо ТЭНов[10] – традиционных средств получения тепла. Тем не менее, если я поставлю на него кастрюлю с водой и поверну цифровой диск, то мгновенно создам тепло и вода начнет кипеть в считаные секунды. Однако вы поймете, насколько это невероятно, лишь когда снимете кастрюлю с кипящей водой и при этом ненароком положите руку на плиту (если только вы не держали на выключенной плите кастрюлю с кипятком слишком долго): плита покажется вам теплой, но никак не обжигающе горячей. Как же варочная панель смогла вскипятить воду в кастрюле, не нагревшись сама? Что это за хитрость заставляет ее работать?

Индукция, или, если использовать полное название, электромагнитная индукция, была открыта, как и многие другие электрические явления, великим физиком Майклом Фарадеем, работавшим в подвальных лабораториях Королевского института в Лондоне. Удивительно, но мы знаем не только точное место совершения этого открытия, но и дату – 29 августа 1831 года. В письме другу Фарадей писал: «Кажется, я что-то ухватил, но пока не могу сказать, что именно. Ведь это может быть тина вместо рыбы, которую я после всех своих трудов рассчитывал наконец вытащить». Но это оказалась не тина и даже не просто рыба – а целая акула!

Фарадей тогда уловил и в метафорической форме передал следующее. Если рядом с проводом двигать магнитом, то по проводу потечет электрический ток. Что очень важно, верно и обратное утверждение: если вы заставите ток течь попеременно взад и вперед по проводу, он создаст вокруг него магнитное поле[11]. То есть провод и ток – все, что нужно, чтобы создать электромагнитную индукцию[12]. Однако последствия этого открытия оказались далекоидущими.

Возьмите плоскую катушку из проволоки и поместите ее недалеко от провода, по которому течет переменный ток. Согласно законам электромагнитной индукции, этот переменный ток создает переменное магнитное поле, которое само постоянно меняется. У него северный полюс то с одной стороны, то с другой. Если на верхнюю часть катушки положить кусок магнитного металла, такого как сталь например, переменное магнитное поле вызовет в нем ток. И тут сразу выяснится, что нержавеющая сталь не лучшим образом проводит электричество, оказывая ему высокое электросопротивление, так что бóльшая часть энергии токов высокой частоты (а именно они циркулируют в поверхностном слое) превращается в тепло. Таким образом, наш кусок стали, лежащий на проволочной катушке, нагревается, хотя у самой катушки такого эффекта не наблюдается.

Теперь спрячьте катушку проволоки под стильным черным керамическим листом и положите массивный лист из стали на дно кастрюли. Вуаля, вы только что сделали индукционную плиту своими руками! Переменные магнитные поля, создаваемые катушкой из проволоки, будут работать и через керамический лист. Вы даже можете провернуть трюк, использовавшийся продавцами первой индукционной варочной панели, разработанной компанией Westinghouse Electric в 1973 году. Удивляя зевак, они готовили еду через несколько газетных листов, лежавших на плите.

Однако у любознательного девятилетнего мальчика, который как бы сидит у меня на плече, есть раздражающий вопрос, на который я до сих пор не ответил. Почему вся эта электромагнитная индукция вообще существует? Что же такого есть в электричестве и магнетизме, что заставляет их идти рука об руку? Намек на ответ кроется в самом слове «электромагнитный». Дело не столько в том, что они всегда связаны друг с другом, сколько в том, что это одно и то же.

В природе существует только четыре фундаментальные силы. Слабое взаимодействие и сильное ядерное взаимодействие, удерживающие вместе субатомные частицы в ядре атома; гравитационное взаимодействие, суть которого мы до сих пор до конца не понимаем; и электромагнитное взаимодействие. Электромагнитную волну мы можем очень условно представить себе как две волны, чьи плоскости всегда расположены под прямым углом друг к другу. Одну из этих волн мы называем магнитной, другую – электрической. Их взаимодействие – очень сложный процесс, и лишь ошибочные представления заставляют нас воспринимать эти силы порознь. Таким образом, причина, по которой электричество и магнетизм идут рука об руку, заключается в том, что по существу это одно и то же.

Это возвращает меня к первоначальному убеждению, что индукционная плита – самый замечательный прибор на моей кухне. Возможно, кто-то считает иначе, но я убежден: никакие слайсеры, попкорн-машины, миксеры, рисоварки и хлебопечки не смогут так элегантно продемонстрировать одну из фундаментальных сил природы.

Долой мифы о микроволновке

Если даже у вас нет микроволновки, вы