Читать книгу "Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд"

Если вы когда-либо принимали участие в кампании по очистке пляжей от мусора, то знаете, что большая часть выносимого волнами на берег мусора – изделия из пластмассы. И некоторые из них живут на удивление долго. По оценкам ученых, обычный пластик способен просуществовать в земных условиях до 500 лет. Это частично объясняется высокой сопротивляемостью длинных полимерных цепочек воздействию воздуха, воды, тепла, света и других факторов, которые разрушают более простые материалы вроде бумаги или дерева. Важно и то, что никакие живые существа на Земле (за исключением небольшого числа особых всеядных бактерий) не потребляют пластмассу и не умеют ее переваривать[96]. Тех изделий из пластмасс, которые окружают нас сегодня повсюду, 100 лет назад вообще не существовало[97]. Поэтому интересно попытаться представить себе, как будет выглядеть наш мир через 500 лет, если уже сегодня он задыхается от неразрушимого пластика. Конечно, трудно мерить время таким масштабами, но можно хотя бы представить себе вот что: если бы в эпоху короля Генриха VIII (1491–1547) существовал пластик, то мы и сегодня находили бы в археологических раскопках принадлежавшие ему зубные щетки.

▲ Долгая жизнь пластикового мусора. Неудивительно, что пластмассы в обычных условиях существуют дольше, чем природные материалы. Удивительно, что пластик может существовать так долго: до нескольких сотен лет. Долговечность элементов или веществ определяет то, насколько естественные условия, такие как солнечный свет, вода, тепловое воздействие или бактерии, могут разрушать их внутреннюю структуру, превращая их в полезные отходы[98].

Несмотря на свою долговечность, многие изделия из пластмассы мягкие и гибкие, потому что полимерные цепочки в них связаны относительно слабо. В отличие от металлов, в которых существуют неисчерпаемые запасы электронов, переносящих электричество и тепло, в пластмассах электроны достаточно прочно удерживаются в атомах элементов, из которых они состоят. Разумеется, нельзя утверждать, что абсолютно все пластмассы обладают такими свойствами – не все они мягкие и непрочные. Например, кевлар, близкий родственник нейлона, состоит из микроскопических, плотно связанных между собой и ориентированных в одном направлении волокон, которые похожи на спички в полном коробке. Он в пять раз прочнее стали, если сравнивать фрагменты одинакового веса. Если сшить вместе 30 слоев кевлара, можно получить суперпрочный «пластиковый мешок», который может остановить выпущенную из пистолета пулю, летящую со скоростью 1500 км/ч[99].

Глава 8. Это удивительное стекло

Из этой главы вы узнаете…

Почему вы можете видеть через толстое стекло (но не через тонкий металл).

Как окна могут сами становиться чистыми с помощью солнца и дождя.

Почему стекло гораздо тяжелее, чем нам кажется.

Как останавливать пули при помощи стекла и пластикового «бутерброда».

Верните человека в его природное состояние – сбросьте с него несколько тысяч лет культуры и изобретений, а также то, что в наши дни сходит за цивилизованное поведение. Мы превратимся в племя охотников и собирателей, принципиально не отличающихся от кротов, сурикатов и всё разнюхивающих трубкозубов. Но стоит наступить дождливому воскресному вечеру, и мы пожелаем оказаться дома, сидя за мокрыми окнами с хорошей книгой, черно-белым фильмом, бокалом красного вина и развлечениями. Большинство видов животных способны создавать для себя какие-то убежища, а мы научились строить здания, которые объединяют в себе всё лучшее из окружающих нас миров. Мы можем лежать дома, уютно свернувшись калачиком, но, благодаря гениально встроенным в наш дом стеклянным панелям, одновременно быть не дома. Металлы и пластмассы, как мы видели в предыдущей главе, – скучные материалы, которые мы используем в повседневной жизни тысячей способов. Стекло же необычно и интригующе. Мы его не видим, но оно существует.

Этот удивительный прозрачный материал относится к числу самых старых. Еще 5000 лет назад его использовали в Месопотамии, но для создания блестящих цветных шариков или бисера, которые походили на ювелирные изделия, а не для устройства больших вертикальных поверхностей из ничего[100]. Стеклянные окна впервые появились самое позднее в Древнем Риме[101]. Вы можете решить, что на этом история стекла и заканчивается: что еще можно сказать о том, чего мы не видим? Но люди усовершенствуют стекло по сей день. Что скажете о стеклах, которые моют себя сами, освещают или затемняют жилище при одном щелчке выключателя? А как насчет суперпрочного стекла на экранах смартфонов и планшетов? Не так давно люди боялись взять в руки стеклянную вещь. Сегодня мы об этом даже не задумываемся. Стекло – настоящее чудо. И всё благодаря законам физики.

Сваренный песчаный пляж

Вот простой рецепт получения стекла. Идите на пляж с ведром и совком и насыпьте в ведро немного песка. Разведите большой костер. Бросьте в него песок, доведите до жидкого состояния и быстро охладите. И тут – опаньки! – вы получите стекло. Вам нужно будет добавить еще несколько ингредиентов, чтобы улучшить его качество (например, натрий и карбонат кальция облегчают процесс варки, а металлы, например селен, железо или медь, могут придавать ему различные цвета – от розового до зелено-голубого)[102]. Однако, по сути, всё, что нужно для стекла, – сваренный пляжный песок, который следует подавать охлажденным. Когда Роберт Оппенгеймер и его коллеги построили первую атомную бомбу в пустыне Нью-Мексико, проведенные ими 16 июля 1945 года испытания дали впечатляющие результаты. Их костер, который достиг небес, в момент превратил круг песка диаметром три четверти километра, прямо под вышкой с бомбой, в радиоактивное зеленое стекло[103].