Читать книгу "Из чего всё сделано? Рассказы о веществе - Любовь Николаевна Стрельникова"

прошлое. Разве что в фильмах, таких как «Назад в будущее» (США). А было бы здорово: сел в мягкое кресло, пристегнул ремни, установил на дисплее «−2000 лет», нажал кнопку «Поехали», и через считанные минуты ты уже в древнем Риме, в Колизее, наблюдаешь бой гладиаторов. Возможно, созданием такой машины будете заниматься вы, когда станете исследователями. А между тем астрофизикам, изучающим Вселенную, каждый день удаётся заглянуть в далёкое прошлое и узнать о событиях, которые там происходили. На этот случай у них есть свои машины времени — телескопы.

Всё дело в свете. Когда мы смотрим на любой объект или человека, чаще всего на маму, то видим свет, который отражают её лицо, волосы, очки, костюм, маникюр и морщинки возле глаз, когда она улыбается. Отражённый свет попадает в наши глаза, на специальное приёмное устройство — сетчатку. Она, в свою очередь, передаёт сигнал в мозг, и мозг сам строит изображение того, что мы видим. Отражённый свет несёт информацию о мельчайших деталях объекта, его форме, цвете, фактуре — обо всем. Ничто от него не ускользнёт — ни пятнышко на рукаве, ни грязные ботинки, которые вы забыли почистить перед школой, ни обкусанные ногти. Просто идеальный копировщик.

Свет летит с невообразимой скоростью — 300 000 километров в секунду. Ничто во Вселенной не движется быстрее. Но эта скорость всё-таки конечна. И если свету, несущему информацию об объекте, надо преодолеть расстояние в миллионы или миллиарды километров, то на это требуется уже заметное время. Вот мы смотрим на Луну. И что же мы видим? Красивый белый диск на ночном небе, покрытый тёмными пятнами. Иногда нам кажется, что эти пятна складываются в изображение женского лица. Но вряд ли вы задумывались, что, глядя на Луну, мы смотрим в прошлое, на несколько секунд назад. Именно столько времени требуется свету, чтобы преодолеть расстояние от Луны до Земли. А если мы рассматриваем Солнце, то мы ещё больше удаляемся в прошлое — на несколько минут. Они необходимы свету, чтобы добраться от Солнца до Земли, ведь Солнце расположено от нашей планеты значительно дальше.

Что уж говорить, например, об упомянутой звёздной системе Альфа Центавра! В тёмную ясную ночь её можно увидеть на небе, особенно самую яркую её звезду — Альфа Центавра А. Наш взгляд на эту звезду — это бросок в прошлое почти на четыре с половиной года: столько времени добирается свет от звезды до наших глаз. Если обозначить это расстояние в километрах, то получится длиннющее число со множеством нулей. Оперировать такими числами трудно. Поэтому для космических расстояний астрофизики придумали свою меру длины — световой год. Он равен тому расстоянию, которое проходит свет за год, приблизительно 9 460 000 000 000 (9 триллионов 460 миллиардов) километров.

Вот она, машина времени длиной чуть больше тринадцати метров и диаметром — чуть больше четырех. На этом космическом аппарате установлен знаменитый телескоп Хаббл, который оборачивается вокруг Земли за 96 минут и позволяет заглянуть в прошлое Вселенной на 12 миллиардов лет назад

Самая мощная машина времени сегодня — это американский телескоп «Хаббл» (Hubble Space Telescope), который вращается на земной орбите уже 20 лет. Оптические глаза этого телескопа удивительно зоркие. Они видят почти в десять раз лучше, чем его собратья на Земле. Почему, спросите вы? Да всё дело в атмосфере, окружающей нашу Землю, в том воздухе, которым мы дышим. Нам-то он кажется совершенно «пустым» и потому прозрачным. Но на деле всё не так.

Воздух и атмосфера содержат огромное количество разных веществ — кислород, азот, углекислый газ, пары воды и многое другое. Эти вещества летают над нами и вокруг нас в виде одиночных молекул. А мы-то уже знаем, что одиночные молекулы невидимы нашему глазу. Вот нам и кажется, что прозрачный воздух — это сплошная пустота. Однако свет очень чувствителен к той среде, через которую летит. Да и человек тоже: одно дело нестись по берегу вдоль реки, а другое — бежать по мелководью по пояс в воде. Догадайтесь, кто движется быстрее? В атмосфере Земли свет сталкивается с невидимыми молекулами, рассеивается и немного замедляется. Вот поэтому астрофизики и решили поместить телескоп на орбиту Земли, поднять его над атмосферой, расположить в космическом вакууме, где содержание веществ ничтожно и потому нет никаких препятствий для света, нет помех.

Ожидания астрофизиков оправдались, и теперь у нас есть супертелескоп «Хаббл», который ловит свет далёкого прошлого и посылает на Землю фантастические по красоте снимки разных уголков Вселенной. Кстати, вы тоже можете посмотреть на эту красоту — в Интернете. Снимки доступны для всех.

Спектральные очки

Но зачем нам свет, если мы хотим узнать, откуда взялось вещество? Оказывается, свет может рассказать не только о внешнем виде. Любое сильно нагретое тело излучает энергию. Разогретая печка излучает тепло, раскалённые угли пышут жаром и мерцают красным огнём, а летнее солнце слепит глаза и жжёт кожу. Таково свойство всех веществ и его составных частей, атомов, — возбуждаться и излучать при нагревании.

Возьмите щепотку обыкновенной поваренной соли на кончик ножа (химики для этого используют фарфоровую ложечку) и внесите в открытый огонь. Пламя, охватывающее соль, будет окрашено в яркий жёлтый цвет. Именно такой свет испускают при сильном нагревании атомы элемента натрия, входящего в состав соли. А если вы возьмёте другое вещество, которое содержит элемент калий, то пламя будет сине-фиолетовое. Кстати, этот незамысловатый метод до сих пор используют химики, чтобы определить присутствие того или иного элемента в неизвестном веществе или смеси веществ. А пиротехники — для создания разноцветных праздничных фейерверков.

Синее пламя газовой горелки становится желтым, если в него внести на ложечке обыкновенную поваренную соль. Атомы натрия, входящие в состав этого вещества, обнаруживают себя этим желтым свечением

Астрофизики, поймавшие свет далёкой звезды, могут разложить его на составные части — это называется спектром. Природа тоже умеет это делать. Вы наверняка не раз видели, как после дождя в небе вдруг появляется восхитительная радуга. Это капельки воды, висящие в воздухе, раскладывают видимый свет на составные части. И вы точно знаете, как в этом полосатом чуде будут чередоваться цвета: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. А если не знаете, то запомните фразу-подсказку: каждый охотник желает знать, где сидит фазан. Или вот ещё такой шутливый «французский» вариант: как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь Вы