Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек - [53]

Корректирует направление лучей установленная в трубке пластиновидная теневая маска из инвара — сплава из 64 % железа и 36 % никеля. Инвар менее всех остальных металлов и сплавов меняет линейные размеры при колебаниях температуры среды. В теневой маске проделаны малые отверстия, соответствующие зернам люминофора. В некоторых теневых масках проделаны щели, заменяющие систему отверстий. Такие маски называют уже не масками, а апертурными решетками.

6. Агрегатные состояния вещества

Создавая свое учение о первоэлементах, слагающих все тела мира, древние греки совершенно верно указали на то, что в природе существует лишь четыре основных агрегатных состояния вещества. Четырем первоэлементам — земле, воде, воздуху и огню — соответствуют твердое, жидкое, газообразное и плазменное состояния. То есть интуиция великих мыслителей античности не подвела.

Естественно, в ту пору они не могли догадываться, что помимо этих агрегатных состояний в природе существуют и другие. Одно из них — это состояние полной нейтронизации вещества, характерное для далеких звезд-пульсаров. В земных условиях вещество в данном состоянии пребывать не может. Зато может находиться в состоянии, промежуточном между основными.

Аморфное состояние

Промежуточные состояния немногочисленны, но крайне интересны. Внешне вещество, пребывающее в таком состоянии, напоминает какое-нибудь обычное твердое тело или жидкость, однако по своим свойствам и молекулярному строению не является ни тем, ни другим. Наиболее интересно аморфное состояние, пребывающие в котором тела внешне нередко напоминают кристаллы. На самом же деле нет ничего более фальшивого, чем эти кристаллы. Истинное кристаллическое вещество имеет четко упорядоченную структуру, тогда как внутри аморфных веществ царит полнейший хаос. Отсюда происходит и само слово «аморфный», означающее в переводе с греческого «бесформенный».

Открытие природы стекла

Согласно древней легенде, первооткрывателями аморфного состояния являются якобы безвестные финикийские или греческие торговцы. Сделав во время одного из своих многочисленных плаваний остановку на острове, они устроили большой костер на берегу. Песок от высокого жара расплавился и превратился в стекловидную массу.

В античности стекло не нашло существенного применения, даже зеркала тогда изготавливались преимущественно из металла. Но в последующие эпохи стекла стали применяться все чаще и чаще. В средние века получило широкое распространение использование цветной стеклянной мозаики для украшения окон в храмах.

Позднее Средневековье и начало Нового времени ознаменованы распространением стеклодувного производства. Разработкой технологий получения цветных стекол занимался М. В. Ломоносов. Открытие особой природы стекла состоялось лишь в XX в., когда ученые во всем мире стали проводить крупномасштабные исследования атомарной и молекулярной структуры разных веществ посредством рентгеновских лучей. Длина волны таких лучей настолько мала, что они легко высвечивают крайне малые элементы строения вещества, включая молекулы, узлы кристаллической решетки, атомарные комплексы и отдельные атомы.

Выяснилось, что твердые физические тела обладают строго упорядоченным строением, причем оно остается практически неизменным во всех частях тела. То есть кристаллическая решетка, в которую выстроены атомы или молекулы твердого тела, неизменна в любой своей точке. Определенные узлы, комплексы или любые другие значимые структурные группы повторяются через некоторый пространственный интервал. Такое строение физического тела называется дальним порядком.

В жидкостях дальний порядок полностью отсутствует, зато существует ближний порядок, который и обеспечивает их вязкость. Ближний порядок означает наличие слабо связанных друг с другом молекулярных комплексов. Внутри комплекса частицы сравнительно упорядочены, но сами комплексы размещаются в пространстве хаотически. Сходным строением обладают аморфные тела, или стекла. Их нельзя отнести к твердым или жидким телам. Если соблюдать точность, они даже не занимают промежуточного положения между ними.

Стекла являются промежуточным состоянием между твердым телом и газом, от жидкостей их отличает лишь крайне высокая плотность. Из-за этого аморфные тела внешне проявляют почти все существенные признаки твердых, хотя атомы внутри этих тел не занимают строго определенного положения. Таким образом, стекла никогда не образуют многогранных кристаллов. Название «стекло» было присвоено аморфным телам не случайно. Получить данное агрегатное состояние для какого-либо другого вещества, кроме стекла, довольно-таки трудно. В природе можно встретить тектиты, происхождение которых связывают с падением на нашу планету метеоритных тел, и вулканическое стекло. Тектиты представляют собой твердые каплевидные шарики темного цвета, которые находят в породах на всех континентах, за исключением Южной Америки. Во время падения метеоритного объекта грунт, в который врезается космическое тело, подвергается мощному ударному воздействию. В результате происходит взрыв раскаленного метеорита, и на земле образуется воронка-астроблем, называемая метеоритным кратером.