Физика и астрофизика: краткая история науки в нашей жизни
Шрифт:
Любое измерение всегда неточно, всегда в пределах определенного допуска. Каждый прибор имеет ошибку измерения. Любое предсказание тоже неточно. Правда, в большинстве бытовых ситуаций точность расчетов такова, что вполне покрывает все наши потребности. Скажем, напряжение в розетке может чуть-чуть колебаться, отклоняясь от положенных 220 вольт. Но приборы, рассчитанные на 220 вольт, эти небольшие штатные колебания выдерживают, поэтому можно не волноваться. И так везде.
Эллипс
Мир не фатален – вот на какую глубокую мысль навел нас период полураспада…
Но зато, зная период полураспада углерода-14, ученые придумали, как определять возраст старинного предмета, если он содержит углерод. Как правило, речь идет о возрасте деревяшек – например, найденных остатках древнего корабля, стреле охотника или угольке первобытного костра. Деревяшки – это сплошной углерод, в древесине его просто уйма. Недаром слова «уголь» и «углерод» одного корня.
Так вот, пока дерево живет, оно дышит. Дышат растения углекислым газом – СО2. Он, как видите, сделан из кислорода и углерода. Кислород деревья выдыхают, а углерод остается. Деревья таким образом накапливают не только нормальные атомы углерода, но и уродливые – нестойкие изотопы С14, которые там одновременно накапливаются и потихоньку распадаются.
А когда дерево срубают на дрова или чтобы сделать из него корабль, оно дышать перестает. А значит, в нем перестает накапливаться углерод, включая углерод-14. И дальше изотоп только распадается. Его становится все меньше, и меньше, и меньше. Через 5700 лет останется половина. Еще через 5700 лет еще половина… Зная количество углерода С14 в воздухе и измерив, сколько его осталось в древней деревяшке, ученые узнают, когда дерево было срублено и отправлено в костер или на строительство.
Правда, таким методом нельзя определить совсем уж древние образцы, потому что примерно через 40–50 тысяч лет углерод-14 распадается почти весь, его остается так мало – буквально считаные атомы, что определить возраст предмета уже не представляется возможным.
У вас должен возникнуть вопрос. Ну, хорошо, дерево срубили, оно перестало дышать и накапливать этот изотоп из воздуха. Но в воздухе-то он откуда берется? Почему в воздухе он до сих пор весь не распался за миллионы и миллиарды лет существования нашей планеты? Он что, там постоянно образуется?
Конечно! Если бы не образовывался, давно бы уже не было на Земле никакого С14.
В верхних слоях атмосферы углерод-14 постоянно образуется из атмосферного азота под воздействием космических лучей, то есть активного солнечного излучения. Сначала космические лучи, сталкиваясь с веществом атмосферы, вышибают из него нейтроны. А уже эти вышибленные одинокие нейтроны сталкиваются с ядрами атомов азота.
Что получается? Простая запись ядерной реакции приведена ниже:
n + 7N14 = 6C14 + р+
Тут все как на ладони. Смотрите, нейтрон (n) налетает на ядро атома азота (N), имеющего 7 протонов и атомный вес в 14 единиц. И вышибает из него один положительно заряженный протон (р+). В результате получается
Вот так в атмосфере все время образуется углерод-14. Этого углерода в атмосфере нашей планеты образуется каждый год… как вы думаете, сколько? Сразу скажу: не замахивайтесь на большие числа. Правильный ответ – около 8 килограммов. А всего углерода-14 в атмосфере Земли – 75 тонн.
Способность изотопов распадаться называют радиоактивностью. Это слово всем известно и всех пугает. Оно сразу связывается в сознании с атомными бомбами, ведь энергию своего взрыва атомные бомбы получают как раз за счет распада изотопов тяжелых металлов. Так же как и атомные электростанции, кстати.
И об этом стоит поговорить подробнее…
Таинственные лучи
Это теперь мы такие умные. А всего каких-нибудь сто с небольшим лет назад люди ничего ни о радиоактивности, ни о строении атомов толком не знали. Ну, то есть были, конечно, идеи, что вещество состоит из мельчайших неделимых крупинок – атомов. А те в свою очередь – из частичек, имеющих положительный и отрицательный заряд. Но дальше этих идей дело не заходило.
Кроме того, было также понимание, что в нашем мире, помимо вещества, существует еще кое-что. И это что-то – лучи. Излучение. Лучший пример тут – свет. Ведь свет – это же не вещество! Это нечто отличное от вещества.
Люди изучали солнечные лучи, наблюдая, как они преломляются в стеклянных призмах и как фокусируются стеклянными линзами. Лучи пропускали через дырочки, решетки, наблюдали за тенями… В XVII веке английский физик Ньютон открыл дисперсию света – он направил тонкий солнечный луч на грань стеклянной призмы и увидел, как белый луч разложился на семь цветов радуги.
– Ага! – смекнул Ньютон. – Значит, белый цвет состоит из семи разных цветов, это смесь!
Дисперсия света – разложение одинокого солнечного луча, пропущенного через дырочку в непрозрачном экране, на отдельные цветные лучи
То есть вот как получается – сложные химические вещества состоят из элементарных, а сложный белый свет – это смесь более простых, элементарных «светов». Интересно, интересно… Но что же такое свет по природе своей?..
Что такое свет и цвет?..
Ньютон думал, что свет – это поток летящих от Солнца мельчайших частичек – корпускул. Другие ученые считали иначе. Они полагали, что свет – это волна!
Волна?
Почему волна? Какая такая волна? Что за странная идея?
Что такое волны, мы ведь прекрасно знаем. Каждый видел волны на поверхности моря, озера или реки… Волна – это не вещество, волна – это колебательный процесс, который происходит в веществе. Мы смотрим на море и видим: волны бегут. Причем, что интересно, волны-то бегут, а вода не бежит! Вода остается на месте. Частички воды (молекулы) просто периодически колеблются, поднимаясь то вверх, то вниз, создавая иллюзию перемещения воды. Волна по поверхности воды действительно распространяется, а вот сама вода остается на месте, точнее, ее частицы синхронно колеблются вверх-вниз.