Книга Слонодёмия - Илья Панкратов

Непоколебимые молекулы

Есть настолько привычные понятия, что они не требуют обсуждения. Зелёный, как трава; синий, как небо, – такие избитые сравнения, что хороший писатель ни за что ими не воспользуется. А всё же почему так? Конечно, демонам Максвелла легко! Когда вокруг тебя постоянно происходят чудеса (а изменение физических законов иначе и не назовёшь!), привыкаешь и к этому. Задаёшь необычные вопросы.

Почему небо голубое? Вопрос прозвучит точнее, если сказать: «Почему небо голубое днём?» Следовало бы добавить: «Если в этот день нет полного солнечного затмения», но не будем занудами. Причина – в Солнце. Точнее, в его лучах, попавших в атмосферу Земли. На самом деле они не белые и не жёлтые, а разноцветные. Смесь света разных цветов выглядит белой. Спектр – это разделение лучей по цветам. Как демон Максвелла сортирует молекулы на быстрые и медленные, так солнечный свет разделяется, например в радуге. Разноцветные лучи по-разному преломляются (выходят под разными углами из капли воды). Потому-то мы видим радугу – путь света через капельки воды в воздухе. Кстати, забудьте про охотника и фазана. Цвет непрерывно переходит от красного к фиолетовому. Если и разделять радугу на области, то уверенно можно говорить только о трёх: красной, жёлто-зелёной и сине-фиолетовой.

Картинка 13. Радуга. Преломление солнечного света в капельках воды

А) Схема радуги. 1. Первичная радуга. 2. Вторичная радуга (луч дважды преломляется в капле).

Б) Схема преломления солнечного света.

– При чём тут радуга? – поинтересуется читатель. – Вопрос же про цвет неба!

Доберёмся и до него. Небо – это всего лишь слой воздуха. Толщиной в какие-то десятки километров. Все молекулы в этой толще двигаются, суетятся, сталкиваются друг с другом. Представьте, что у космонавта в открытом космосе выпадет из рук гаечный ключ и долетит до верхних слоёв атмосферы. Вряд ли этот инструмент шлёпнется на поверхность Земли. Продираясь через километры молекул, всё более и более ускоряясь, гаечный ключ нагреется и сгорит, так и не упав никому на ногу. Солнечные лучи тоже пробираются сквозь этот заслон. Все лучи, кроме синих, кое-как проскакивают, теряя энергию и нагревая атмосферу. Они будто просачиваются сквозь мелкие частицы. Синие же лучи отражаются от молекул воздуха и летающих пылинок, поэтому их путь многократно удлиняется. Вот мы и видим, как мечутся по небу синие лучи.

На восходе и закате солнца картина другая. Солнечный свет проходит сквозь слой воздуха намного более толстый, чем днём. Синие лучи, рассеиваясь и отражаясь по пути через эту толщу, теряются. До нашего глаза добираются только красные лучи, проходящие с меньшими потерями. Поэтому утром и вечером у горизонта небо красное.

А почему же мерцают звёзды? Ночью-то солнца нет, лучи не мечутся по воздуху. Но молекулы воздуха не успокаиваются ни днём ни ночью. Это многокилометровое дрожание, а также перемещение воздушных масс и вызывают мерцание звёзд. Конечно, яркость звёзд, как правило, постоянная. За исключением системы двойных звёзд (вспомним картинку 7 из «Заметок…» к четвёртой главе). Вы можете увидеть, как дрожит любой источник света. Просто выберите фонарь где-нибудь подальше, возьмите решётку или сетку (любую, пусть с большими ячейками) и подвигайте ею перед глазами. Увидите, как замерцает выбранный огонёк. Никакого влияния на сам фонарь ваши действия не имеют, но вы видите дрожащий свет. Кстати, звёзды днём никуда не деваются. Солнечный свет, отражённый от частиц в атмосфере, во много раз ярче звёздного. Каждая пылинка, как местная звезда, освещённая софитами. Свет же настоящих, но далёких звёзд в этом сиянии тонет. Днём мы их попросту не замечаем.

Картинка 14. Мерцание звёзд

А) Звёзды и атмосфера Земли. Колебания молекул приводят к мерцанию звёзд.

Б) Фонарь, мерцающий от движения решётки.

Вернёмся к нашим хомячкам. Красное свечение возле Охраноры получилось из-за роя мошкары. Мелкие насекомые благодаря Дёме заменили километры воздуха. Словно молекулам пришлось пробежать через дополнительный слой молекул. Так хомячки увидели днём закатное небо.

Теперь-то мы знаем, почему мерцают звёзды и как мышам удалось запугать Бутяма. Как же действовал демон Максвелла? На самом деле Дёме не удалось полностью остановить молекулы воздуха. Он только уменьшил их колебания. Этого оказалось достаточно: мерцание звёзд заметно снизилось, а Бутям убедился в отсутствии угрозы. Астрономические обсерватории обычно строят в горах совсем не потому, что астрономы нелюдимы и любят вид на заснеженные вершины. Просто там, на высоте, толщина воздуха, отделяющая наблюдателей от объектов изучения, не такая большая, как на равнине. Сам воздух разреженный, колебаний молекул значительно меньше. Ну и чайник в горах быстрее закипает, а это важно. Ведь из кино все знают, что без большой кружки чая не обходится ни одна сколько-нибудь серьёзная умственная работа.

Ещё один необычный вопрос: что такое звук? Звук – это колебания воздуха. Именно по воздуху и распространяются звуковые волны. Лучи от источника света (от Солнца или от лампы) мы видим, а звуковые волны от источника звука (от водопада или от барабана) – слышим. Свет способен распространяться без воздуха (например, в космосе), а звук – нет. Поэтому звездолёты с рёвом могут проноситься мимо вас только в фильмах или иной виртуальной реальности. На поверхности Земли с воздухом проблем нет, и многие животные приспособились использовать звук вместо света, то есть уши могут заменить им глаза! Известно, что летучие мыши пищат в полёте и слушают. Им важно услышать не собственный писк, а его отражение от других предметов. Как по отражению в зеркале мы определяем, далеко ли само зеркало, так по отражению звука можно понять расстояние до препятствия. Если отражённый лоб скоро боднёт вас, то стекло совсем близко. Если же пискнуть и ничего не слышно в ответ, то в этом направлении нет препятствия – можно лететь дальше. Ночью этот способ помогает намного лучше бесполезного во тьме зрения. Слух может заменять зрение не только летучим мышам, но и некоторым другим животным, например совам и дельфинам. Таким же образом люди измеряют глубину озера. Даже определяют, есть ли под лодкой крупная рыба (вода передаёт звуковые колебания не хуже воздуха, а звук от рыбины тоже отражается). Этот способ называется эхолокацией, а прибор, которым меряют глубину и ширину, – эхолотом.

Картинка 15. Ухо за глаз

Схема эхолокации (как определить, где препятствие).

Глава восьмая

Суета сует

Посуда пускается в пляс, чёрные муравьи ищут место для нового муравейника, а Дёма таинственно исчезает с праздничного ужина