Механизм Вселенной: как законы науки управляют миром и как мы об этом узнали - [16]
Однако, если тепло — это «движение», что же именно происходит с объектом, вырабатывающим это тепло? К сожалению, Румфорд не дает этому объяснения, заявляя:
«Я очень далек от понимания того, как или с помощью чего движение внутри тел, которые выделяют тепло, возбуждается, продолжается и распространяется…»
Таким образом, без более глубокого понимания «движения» главное открытие Румфорда о природе тепла игнорировали до 1840-х годов.
Механический эквивалент тепла
Когда Румфорд заявил, что тепло является «движением», он, возможно непреднамеренно, связал тепло с механикой. В механике движение объектов, катящихся по наклонной плоскости или падающих с высоты, изучал Галилео и хорошо описал математическими уравнениями в «Началах» Ньютон. Поэтому, если тепло было действительно «движением», как предположил Румфорд, казалось вероятным, что оно может вписаться в надежную структуре у механики. Среди прочего, механика успешно разобралась с энергией, кинетической и потенциальной; возможно, теперь она могла обеспечить более ясное понимание тепла.
Во время службы доктором на голландском торговом судне в Ост-Индии немецкий врач Юлиус Роберт фон Майер (1814–1878) заметил, что при кровотечении у венозной крови в тропиках был более яркий красный цвет, чем в Европе. Венозная кровь — кровь, которая переносится по венам к сердцу. За исключением легочных вен, эта кровь отличается низким содержанием кислорода и высоким — углекислого газа, отдавая кислород тканям и поглощая углекислый газ. И наоборот, более яркий красный цвет венозной крови, который наблюдал Майер, означал, что в более теплом климате тропиков тело расходует кислород не так быстро.
Майер пришел к заключению, что человеческое тело использует меньше кислорода в более теплых климатических условиях, так как ему нужно тратить меньше ресурсов на поддержание нормальной температуры тела. Далее он пришел к заключению, что и выполнение физической работы, и производство тепла для поддержания нормальной температуры тела требуют потребления пищи и в некотором роде эквивалентны: тепло и работа — две версии одного и того же.
В 1841 году, спустя шесть месяцев после возвращения домой, Майер послал свои идеи уважаемому научному журналу, но только чтобы получить отказ. Его мысли были представлены очень неясно и запутанно, вероятно, частично из-за того, что он не владел физикой и математикой. Понимая свои недостатки, он попросил друга преподавать ему математику и физику и благодаря этому в 1842 году представил доработанную версию своей рукописи журналу о химии и фармацевтике Annalen der Chemie und Pharmacie.
В этой версии теория была крепче, но по-прежнему сохранялся метафизический стиль. Тем не менее в данном труде он представил оценку механического эквивалента тепла. То есть, предварительно оговорив, что работа (как указано в первой части) и тепло являются различными формами одной и той же величины, он пытался, используя только вычисления и не проводя эксперименты, определить их точные отношения. Он приходит к заключению, что энергия (он называл ее силой) — неразрушима и поддается преобразованию. Это практически полностью отражает нашу современную версию первого начала термодинамики (или, если быть более точным, закона сохранения энергии), не достает только факта, что энергия не может быть создана.
В 1845 году Майер за свой счет издал более всестороннюю трактовку своих идей, теперь применив их к проблемам физики, которые интересовали его изначально. В 1849 году Майер, к тому времени страдавший от умственного расстройства, совершил попытку самоубийства, выпрыгнув из окна своего дома с третьего этажа. После падения на высоту приблизительно тридцати футов он получает небольшую, но все же неизлечимую травму. Давление от насмешек, смерть двоих детей и нависшая потеря признания его достижений (первооткрывателем закона считали другого ученого, Джеймса Прескотта Джоуля) все же принесли свои негативные последствия.
В отличие от Майера, Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) проводил строгие и кропотливые эксперименты, чтобы проверить свои идеи. В одном эксперименте он создал ток в изолированном проводе, который был погружен в воду, — таким образом было выделено тепло[31] (в результате сопротивления между током и проводом). Напряжение создавалось при помощи электрогенератора, который работал за счет силы тяжести. В другом эксперименте он также использовал гравитацию, но на этот раз чтобы повернуть гребное колесо, погруженное в воду. Вращение гребного колеса в воде производило тепло в результате трения воды и колеса.
Два эти отдельных эксперимента наглядно продемонстрировали фундаментальную истину: падающий вес производит работу[32], необходимую для производства требуемого объема тепла. Джоуль смог определить, сколько работы требуется, чтобы произвести необходимое количество тепла[33], таким образом давая одну из точнейших оценок механического эквивалента тепла. В 1843 году он заявляет:
«Количество тепла, необходимое для увеличения температуры одного фунта воды на один градус по шкале Фаренгейта, равно и может быть преобразовано в механическую силу, способную поднять 838 фунтов (вертикально) на высоту одного фута».
В эпоху тотальной цифровизации сложно представить свою жизнь без интернета и умных устройств. Но даже люди, осторожно ведущие себя в реальном мире, часто недостаточно внимательно относятся к своей цифровой безопасности. Между тем с последствиями такой беспечности можно столкнуться в любой момент: злоумышленник может перехватить управление автомобилем, а телевизор – записывать разговоры зрителей, с помощью игрушек преступники могут похищать детей, а к видеокамерам можно подключиться и шпионить за владельцами.
История машинного обучения, от теоретических исследований 50-х годов до наших дней, в изложении ведущего мирового специалиста по изучению нейросетей и искусственного интеллекта Терренса Сейновски. Автор рассказывает обо всех ключевых исследованиях и событиях, повлиявших на развитие этой технологии, начиная с первых конгрессов, посвященных искусственному разуму, и заканчивая глубоким обучением и возможностями, которые оно предоставляет разработчикам ИИ. В формате PDF A4 сохранен издательский макет.
Человеку свойственна тяга к знаниям, но все, что доступно нашим наблюдениям, – это лишь крошечная часть окружающего мира. В книге «Остров знаний» физик Марсело Глейзер рассказывает, как мы искали ответы на самые фундаментальные вопросы о смысле нашего существования. При этом он приходит к провокационному выводу: у науки, нашего основного инструмента познания, есть непреодолимые ограничения.Излагая драматичную историю человеческого стремления все понять, книга «Остров знаний» предлагает исключительно оригинальную трактовку идей многих величайших мыслителей, от Платона до Эйнштейна, рассказывает, как их искания влияют на нас сегодня.
В наше время научные открытия совершатся большими коллективами ученых, но не так давно все было иначе. В истории навсегда остались звездные часы, когда ученые, задавая вопросы природе, получали ответы, ставя эксперимент в одиночку.Джордж Джонсон, замечательный популяризатор науки, рассказывает, как во время опытов по гравитации Галилео Галилей пел песни, отмеряя промежутки времени, Уильям Гарвей перевязывал руку, наблюдая ход крови по артериям и венам, а Иван Павлов заставлял подопытных собак истекать слюной при ударе тока.Перевод опубликован с согласия Alfred A, Knopf, филиала издательской группы Random House, Inc.
Настоящее издание поможет систематизировать полученные ранее знания, а также подготовиться к экзамену или зачету и успешно их сдать. Пособие предназначено для студентов высших и средних образовательных учреждений.
Wall Street Journal назвал эту книгу одной из пяти научных работ, обязательных к прочтению. Ученые, преподаватели, исследователи и читатели говорят о ней как о революционной, переворачивающей представления о мозге. В нашей культуре принято относиться к мозгу как к главному органу, который формирует нашу личность, отвечает за успехи и неудачи, за все, что мы делаем, и все, что с нами происходит. Мы приравниваем мозг к компьютеру, считая его «главным» в нашей жизни. Нейрофизиолог и биоинженер Алан Джасанов предлагает новый взгляд на роль мозга и рассказывает о том, какие именно факторы окружающей среды и процессы человеческого тела формируют личность и делают нас теми, кто мы есть.
Таблица Менделеева занимает в нашем воображении такое же прочное место, как и алфавит, календарь и знаки зодиака. Но сами химические элементы, помимо нескольких самых распространенных: железа, углерода, меди, золота, – покрыты завесой тайны. По большей части мы не знаем, как они выглядят, в каком виде встречаются в природе, почему так названы и чем полезны для нас. Добро пожаловать на головокружительную экскурсию по страницам истории и литературы, науки и искусства! «Научные сказки» познакомят вас с железом, которое падает с неба, и расскажут о скорбном пути неонового света.
Эта книга не только о том, как устроена Вселенная, хотя, казалось бы, разговоров как раз на эту тему следует ожидать от увлеченного астрофизика. Все дело в том, что поклонники и противники Нила Деграсса Тайсона в своих письмах спрашивают его не только об инопланетной жизни, звездных системах, путешествиях в пространстве, параллельных вселенных и прочих космических штучках. Они хотят знать, как относиться к теории эволюции, как построить вечный двигатель, когда ждать конца света, как пережить утрату близкого человека, изменить свою жизнь… И автор осторожно делится своим мнением на этот счет, обнаруживая не только широкий кругозор и интеллигентное чувство юмора – о котором всем известно, – но также и мудрость, и чуткость, и простоту.
Темное вещество, гравитация, возможность межгалактических полетов и Теория Большого взрыва… Изучение тайн Вселенной подобно чтению захватывающего романа. Но только если вы хорошо понимаете физику, знаете, что скрывается за всеми сложными терминами и определениями. В самых головоломных вопросах науки вам поможет разобраться Нил Деграсс Тайсон – один из самых авторитетных и в то же время остроумных астрофизиков нашего времени. Он обладает особым даром рассказывать о сложнейших научных теориях понятно, интересно и с юмором. Новая книга Нила Тайсона – это очередное захватывающее путешествие в мир современной науки.