Колумбы Вселенной (сборник)

Сказка об упрямых слезах гевеи и упрямом Гудьере

Королева Никки снова приехала в гости к принцессе Дзинтаре. Они пили на дворцовой веранде чай, посматривая на детей, играющих в мяч.

Когда запыхавшаяся ребятня устроилась за столом – освежиться стаканчиком сока, Никки спросила:

– А вы знаете, что игру в мяч придумали американские индейцы, хотя резиновый мяч изобрели гораздо позже?

– Нет! – крикнула разгоряченная Галатея. – Расскажи!

– В Южной Америке растёт особенное дерево гевея – его белый сок затвердевает в упругий материал. Индейцы звали этот материал «каучу» – «слёзы млечного дерева» – и делали из него мячи и плащи. Этот удивительный «каучук» в Европу привёз Колумб. Французы стали называть его резиной, а испанцы придумали пинать индейские мячи ногами, отчего возник футбол. Англичанин Макинтош стал изготавливать из прорезиненной ткани непромокаемые куртки «макинтоши», а в девятнадцатом веке многие американские и европейские дома даже обзавелись каучуковыми крышами, отчего расцвела резиновая промышленность.

Но случилось в Америке жаркое лето. И все резиновые заводы обанкротились, потому что на жаре каучуковые крыши растаяли и превратились в вонючий кисель.

– Вот так сюрприз! – воскликнула Галатея. – Крыши растаяли! А если дождь пойдёт?!

Никки кивнула:

– Поэтому все люди отказались от этих нестойких резиновых крыш и галош: зачем нужны вещи, которые от солнца тают, а от холода трескаются?

И лишь один человек, который торговал прорезиненными тканями, – американец Чарльз Гудьер (известный также как Гудьир или Гудиер) – верил, что каучук можно сделать стойким и прочным материалом. Он не был профессиональным химиком и пытался решить проблему непрочного каучука методом проб и ошибок. Гудьер потратил на каучук много лет и все свои сбережения, залез в огромные долги и стал общим посмешищем. Соседи ядовито говорили: «Если вы увидите человека в резиновом пальто, резиновых ботинках, резиновом цилиндре и с резиновым кошельком, а в кошельке ни единого цента, то можете не сомневаться – это Гудьер».

Чего только не делал упрямый Гудьер с каучуком! Он смешивал его с песком, солью, кислотой, маслом, перцем – он даже варил каучук в супе! – но никак не мог придать ему прочность: каучук был упрям не меньше Гудьера.

Гудьера сажали в тюрьму за долги, но и там он продолжал эксперименты. Его семья голодала, он был должен всем друзьям массу денег, но он не сдавался. Он травился опасными химикатами, но продолжал свои исследования.

Как-то раз Гудьер купил для опытов новые пластины липкого каучука и пересыпал их серой, чтобы они не склеивались. И тут в дом зашла жена. Она увидела каучуковые пластины, на которые ушли последние семейные деньги, рассердилась и бросила каучук прямо в горящую печь. Гудьер постарался объяснить жене, что она неправа: нельзя тормозить научный прогресс. После чего он вытащил кочергой обуглившийся каучук из горящей печи и выбросил его в снег – остудить.

Из снега Гудьер вынул уже не липкий каучук, а прочную резину!

Так Гудьер переупрямил каучук и открыл знаменитый процесс вулканизации каучука.

– Никки, ты, наверное, шутишь? – сказала Галатея. – Неужели всё так и было?

– Кто-то утверждает, что Гудьер просто попал под дождь, намочил каучук и решил просушить его на горячей плите. Гудьер его знает – кто прав. История лукава и полна легенд, но факт бесспорен: обычно Гудьер избегал нагревать каучук, потому что он легко плавился. Но однажды каучук, обваленный в сере, попал случайно на раскалённую плиту или в печь – и затвердел. Сера и высокая температура привели к появлению дополнительных химических связей между молекулами каучука. Сера оказалась отличным организатором и сумела выстроить молекулы каучука в красивую равномерную сетку, отчего каучук стал прочным, упругим и стойким к воздействию жары и холода.

Благодаря своему открытию Гудьер разбогател и расплатился с долгами, а соседи, которые громко смеялись над ним, так и замерли с открытыми ртами. В паре разинутых ртов птицы даже успели свить гнёзда и высидеть птенцов.

Химик-изобретатель стал свидетелем того, как в разных странах возникло множество заводов, на которых работали десятки тысяч человек, производя сотни видов резиновых изделий.

Прочная резина Гудьера двинулась в победоносное шествие по миру. Чего только не делали из неё – обувь, ленты конвейера, изоляцию электрических проводов, игрушки и детские шары.

И тут появились первые автомобили. Они ездили на железных колёсах и немилосердно трясли своих пассажиров. Эти первые авто гремели по булыжным мостовым так, что воробьи падали в обморок или спасались бегством. Первые автомобили в Англии так и звали – «истребители воробьёв».

Собрались возмущённые воробьи на совещание. Большинство, громко чирикая, потребовали запретить эти кошмарные автомобили. Робкое меньшинство предложило срочно вывести шумоустойчивую породу воробьёв.

Автомобилисты, потирая тыльные места организма, тоже собрались на совет.

– Что делать будем? Как нам спастись от этой невыносимой тряски? – спросил главный автомобилист своих собратьев по колёсному племени. Те молчат и грустными глазами смотрят.

– Чего молчите? Языки прикусили? – пошутил председатель собрания.

Все собравшиеся взяли и показали ему языки. Тут главный автомобилист сам убедился – да, прикусили. От такой тряски прикусишь не только язык, но и уши.

– Ты наверняка шутишь, Никки! – сказала Галатея. – Собственные уши никто прикусить не может!

– Собственные – да, не может, – кивнула Никки. – Стали автомобилисты молча размышлять: чем обернуть колёса, чтобы они не гремели и смягчали удары о дорожные булыжники?

Войлоком? Он быстро забьётся грязью и сотрётся. Попробовали обтягивать автоколёса плотной резиной – лучше, но тоже жёстко. И тогда решили обернуть колеса автомобилей воздухом.

– Обернуть колёса воздухом? – не поверила своим розовым ушкам Галатея.

– Ага, – сказала Никки. – Воздух – прекрасный материал для амортизации. Он очень упруг, при этом его можно сжимать сколько угодно раз – и он снова расправляется.

– Но ведь воздух не станет ждать, когда колесо его сожмёт – он просто улетучится! – возмутилась Галатея.

– Верно. Как раз здесь и помогло изобретение Гудьера: воздух стали заключать в специальную резиновую камеру, чтобы он не сбежал со своего рабочего места – из-под колеса.

– Воздух попал в камеру как преступник! – пошутил Андрей.

В 1895 году появились первые авто с надувными шинами, которые стали двигаться мягко и бесшумно. Каучук спас воробьёв и водителей!

Но, что понравилось автомобилистам, то не устроило пешеходов – они больше не слышали приближающегося автомобиля, и он часто становился для них неприятным сюрпризом. Автомобили на пневматических шинах даже стали запрещать, как опасные для пешеходов. Некоторые специалисты «чирикали», что быстрые автомобили опасны и для пассажиров: «Самодвижущаяся повозка, передвигающаяся со скоростью более ста километров в час, никогда не будет создана, потому что эта скорость невыносима для человека, и все находящиеся в таком экипаже тут же умрут!»

Автомобили легко и быстро опровергли эти опасения, а вот для того, чтобы примирить четырёхколёсных водителей и двуногих людей, пришлось разделить каждую дорогу на две полосы – для автомобилей и для пешеходов. Но при переходе через автомобильную дорогу людям по-прежнему приходится быть настороже.

А компания «Гудьер» до сих пор выпускает шины для автомобилей. Читают пешеходы и водители надпись «Гудьер» на шине, что по-английски означает «хороший год» (goodyear), и думают, что это просто пожелание им хорошего года.

На самом деле на этой шине написано не пожелание, а имя упрямого изобретателя Гудьера. Его труд вложен в каждую шину в мире – от шины космического шаттла до шины детского велосипеда!

Конечно, на все современные шины никаких каучуковых деревьев не хватит, поэтому учёным пришлось синтезировать искусственный каучук. Но упрочняют этот каучук по-прежнему с помощью процесса вулканизации, открытого Гудьером.

Андрей сказал:

– А я видел по телевизору какое-то собрание, где люди ругали учёных и науку за грязную природу и за… за… – мальчик замялся, вспоминая, – …за цивилизационный стресс!

Никки спросила:

– Ты уверен, что это было собрание людей, а не воробьёв?

– Ты опять шутишь, Никки! – воскликнула Галатея.

– Ну конечно, шучу, – сказала Никки и вздохнула.

Едут миллионы машин по шоссе, тихонько и благодарно шипят шинами: «С-с-с-пасибо, Гудьер!»

Всё-таки хорошо, что есть такие упрямые люди, которые никогда не сдаются, внимательны к мелочам и упорно работают до победы. Именно они, способные переупрямить самый упрямый каучук и самую трудную проблему, и двигают нашу цивилизацию, катят её вперёд – всё быстрее и всё бесшумнее.

Чарльз Макинтош (1766–1843) – британский химик и изобретатель. Разработал получение прорезиненной ткани и наладил производство непромокаемых «макинтошей».

Чарльз Гудьер (1800–1860) – американский химик и изобретатель. В 1839 году открыл процесс вулканизации каучука.

Полимеризация – процесс, когда много отдельных молекул соединяется в одну длинную цепочку. Получившуюся цепочку называют полимером, потому что по-гречески «поли» – значит «много». Так из газа этилен можно получить твёрдый полиэтилен, из жидкого стирола – твёрдый полистирол. А некоторые полимерные цепочки можно дополнительно связать между собой – как сделал при помощи серы Гудьер с каучуком-полимером. Это называется «сшивка». Она превращает вязкий каучук в упругую резину. А если серы взять много – то в твёрдый эбонит.

Сказка о конторщике Эйнштейне, быстром светлячке и замедленном времени

Однажды вечером королева Никки начала свою очередную сказку:

– Жил-был странный мальчик Альберт Эйнштейн. Он не очень хорошо учился, зато много думал. Например, его очень интересовал вопрос: почему магнитная стрелка всё время направлена на север? Как она узнаёт, где расположен Северный полюс?

Учителя ругали маленького Эйнштейна за нежелание быть как все, а он сидел и размышлял – будет ли видеть бегун своё отражение в зеркале, которое он держит в руке? «Конечно, будет!» – скажет любой человек, когда-либо бегавший с зеркалом по дому или по улице. А если бегун бежит почти со скоростью света? А? Призадумались, бегуны? Вот то-то и оно…

Кое-как закончил Альберт Эйнштейн школу и поступил в университет. И здесь такая же петрушка – какие-то предметы Альберту нравились, и он учился хорошо, а по каким-то неинтересным предметам студент Эйнштейн имел невысокие оценки.

Галатея фыркнула и покосилась на брата. Андрей заёрзал, а Никки продолжала:

– Так и до беды недалеко – и она пришла. Хотел Эйнштейн работать учёным – или хотя бы помощником учёного, но никто из университетских профессоров не захотел взять к себе молодого человека, который слишком много думает над вопросами, которые ему никто не задавал.

И Эйнштейн оказался безработным. У него не было денег даже на еду. Он стал голодать, иногда по неделе ничего не ел. Вот попробуйте неделю ничего не есть – и узнаете, как молодому Эйнштейну было плохо.

– Ужас! – сказала Галатея с круглыми глазами. – Недавно из-за какого-то медицинского анализа мама меня до вечера не кормила – так я чуть не умерла от голода!

– Два года Эйнштейн перебивался случайными заработками, пока друзья не порекомендовали его на место конторщика в патентное бюро.

Усатый начальник бюро взял его на работу, хотя и с большим сомнением.

Эйнштейн очень обрадовался службе – наконец-то он сможет покупать себе еду и книги.

В патентном бюро Эйнштейн разбирал заявки всяких изобретателей, которых, кстати, на свете очень много. Эти люди придумывали самые различные штуки – от самолётов до керосинок. Все изобретатели писали в патентное бюро длинные письма с картинками, требуя себе денег и славы.

Главный бюрократ – начальник патентного бюро – назидательно говорил новому сотруднику, поглаживая свои пышные усы:

– Эйнштейн, если вы будете работать без прилежания, то никогда не станете начальником нашего бюро, а я знаю, что вам этого очень хочется.

– Почему он так решил? – спросила Галатея.

– Все начальники заранее уверены, что остальные люди мечтают занять их место… – усмехнулась Никки.

– Альберт Эйнштейн молчал, делал свою работу, а всё оставшееся время посвящал своей любимой физике и самовлюблённому бегуну, который успевал на ходу смотреться в зеркало.

Очень интриговал Альберта этот бегун. Эйнштейн знал, что великий Галилей открыл принцип относительности. Вот за домашним столом сидит бородатый человек и пьёт чай. Возьмём мысленно этого человека с его столом, бородой и чаем и перенесём в поезд, стоящий на станции. Если бородач не интересуется ничем, кроме своего чая, то он даже не заметит перемещения. А если перенести человека в быстро движущийся поезд? Если рельсы гладкие и поезд движется вперёд очень плавно, то чаепитие бородача тоже ничем не будет нарушено – потому что человек, борода и чашка летят относительно земли с большой скоростью, а относительно друг друга неподвижны. Галилей провозгласил принцип: все физические процессы в равномерно движущемся вагоне будут протекать совершенно так же, как в неподвижном.

– А я пила чай даже в самолёте! – похвасталась Галатея. – Спасибо Галилею.

– Но Эйнштейн никак не мог понять – будет ли выполняться это правило, если поезд начнёт двигаться со скоростью близкой к скорости света? Ведь на таких скоростях происходят удивительные явления.

Представим себе светлячка, который летит и светит вокруг себя своим зелёным фонариком. Теперь сделаем светлячка волшебным – чтобы он мог лететь с очень большой скоростью, близкой к скорости света, выпущенного из фонарика. Вы знаете – с какой скоростью летит свет? Так быстро, что за секунду с небольшим он может достигнуть Луны!

– Брось, Никки, – проворчал Андрей. – Это знает каждый двухнедельный младенец.

– Если принцип Галилея справедлив и для светлячка, то этот симпатичный жучок не увидит никаких изменений в своём свете, который, как был зелёный, таким и останется.

Но, согласно закону Доплера, для покоящегося наблюдателя (то есть бескрылого наблюдателя, стоящего в сторонке) световая волна от улетающего светлячка должна растянуться, как пружина, – значит, цвет фонарика светлячка должен измениться и покраснеть – потому что красные волны длиннее зелёных.

Возникает жуткая путаница.

Светлячок летит, уверенный, что его фонарик светит зелёным светом.

Наблюдатель смотрит вслед быстрому светлячку и видит, что он светит красным.

И оба они совершенно правы!

– Как можно совместить столь разные точки зрения?! – удивилась Галатея.

– Но это ещё не всё. Любое разумное или просто здравомыслящее существо понимает, что скорости движущегося эскалатора и человека, идущего по нему, должны складываться. Значит, когда светлячок летит и светит перед собой своим фонариком, то луч света от летящего жучка должен двигаться быстрее, чем луч света от неподвижного светлячка.

– Конечно, это совершенно очевидно! – сказала здравомыслящая Галатея.

Никки коварно ухмыльнулась:

– Не тут-то было – физика часто противоречит здравому смыслу.

– Может, это здравый смысл противоречит физике? – спросил Андрей.

– Если стоящий наблюдатель измерит скорости лучей света от быстро движущегося светлячка и от сидящего, он получит одинаковые значения! Такой эксперимент провели физики Майкельсон и Морли – и он поставил всех учёных в тупик, в котором они почувствовали себя школьниками-двоечниками.

Светлячок, который втайне от физиков сам измерял скорость света своего фонарика, согласился: с его точки зрения, эта скорость не зависела от скорости полёта, в полном соответствии с принципом относительности Галилея.

– А я-то думала, что принцип Галилея простой, – уныло сказала Галатея. – А он привёл к такой неразберихе!

– Долго думал Эйнштейн над этими загадками, но всё-таки сумел объяснить их. Он сделал неожиданный и дерзкий вывод: время для быстро летящего светлячка течёт медленнее, чем для покоящегося наблюдателя. Только тогда фонарик светлячка будет для него зелёным, а для бескрылого наблюдателя – красным. Только такое замедление времени может объяснить то, что скорость света, измеряемая разными наблюдателями, всегда остаётся постоянной.

– И это называется – объяснил? – хмыкнула Галатея. – Да он всё запутал!

– Когда Эйнштейн опубликовал свою теорию в научном журнале, даже среди физиков возникло смятение: время, само незыблемое время – и течёт по-разному для пешеходов, автомобилей и самолётов?!

«Да!» – твёрдо заявил Эйнштейн.

Находчивые учёные быстро придумали, как опровергнуть это смелое утверждение Эйнштейна: они взяли нестабильные частицы и засунули их в ускоритель, который позволяет разогнать заряженные элементарные частицы почти до скорости света.

«Если этот странный Эйнштейн прав, то часы, которые есть у каждой частицы, отстанут очень сильно!» – сердито сказал главный ускорительщик и достал свой секундомер.

– Постой, Никки! – закричала Галатея. – Ничего не понимаю: откуда у элементарных частиц часы? Где они их носят – в брючных карманах?

– Учёные взяли частицы с известным коротким временем жизни, после чего они распадаются на более мелкие части. Так что часами являлись сами элементарные частицы. Загудел ускоритель и разогнал частицы до такой скорости, на какой у любого светляка голова закружится. А потом выпустил эти частицы в особое устройство, камеру Вильсона, наполненную паром, как горячая баня. В такой камере каждая элементарная частица оставляет белый след, как самолёт в небе. Чем длиннее след, значит, тем дольше живёт частица.

«О, демон Максвелла! – с ужасом воскликнул главный ускорительщик, заглянув в камеру Вильсона. – Эйнштейн прав, время останавливается!»

И все учёные увидели, что частицы, которые раньше оставляли в камере Вильсона коротенький след и распадались, сейчас оставляют дорожку гораздо длиннее. Формулы Эйнштейна оказались правильными: приближаясь к скорости света, частицы жили всё дольше и дольше – в десятки, сотни раз больше обычного! Значит, их внутренние часы действительно стали замедляться.

– Никки, но, может, длинный след частиц объяснялся их большой скоростью? – спросил недоверчивый Андрей.

– Нет. Ускоритель разгонял частицы до 99 % от скорости света, до 99,9 %, до 99,99 % и так далее. Такое различие в скоростях практически не сказывается на величине пробега частицы. Но при этом увеличении скорости, согласно Эйнштейну, замедлялись внутренние часы частицы – и они жили до своего распада гораздо дольше и оставляли более длинную дорожку в камере Вильсона.

Позже появились такие точные атомные часы, что стало возможным замерять эйнштейновское отставание часов в самолётах и даже в автомобилях. Один учёный решил сам проверить теорию Эйнштейна и поехал в отпуск на своей машине, нагрузив её детьми, собакой и атомными часами. Вернулся домой через две недели, сравнил данные с контрольными часами, которые оставлял дома, и убедился: взятые с собой часы отстали! Значит, поездка проходила во времени, которое текло медленнее обычного.