Вселенная погибнет от холода. Больцман. Термодинамика и энтропия - [4]
Маленький Людвиг провел детство в Вене, Линце и Вельсе (города в Верхней Австрии) из-за работы своего отца. Поначалу он не ходил в школу, и дома его воспитывал наставник. Он также брал уроки фортепиано у уже известного композитора Антона Брукнера (1824-1896). Однако эти уроки резко закончились, когда учитель случайно оставил мокрый пиджак на кровати — мать Больцмана в мгновение ока его уволила. Будущий ученый несмотря ни на что никогда не переставал играть на пианино, и это увлечение доставило ему много удовольствия в жизни. Он сам комментировал свою интерпретацию серенады Шуберта после ужина в доме магната Уильяма Рэндольфа Херста (1863-1951), на который был приглашен в 1905 году в ходе своей последней поездки в США.
В то время как Людвиг наслаждался занятиями музыкой, мир переживал чреду потрясений. В 1848 году в Лондоне был издан «Манифест коммунистической партии», написанный Карлом Марксом (1818-1883) и Фридрихом Энгельсом (1820-1895), в котором они изложили свой взгляд на историю и борьбу рабочего класса. Но это был не единственный социальный фактор, который беспокоил Европу после Реставрации, пришедшей на смену наполеоновским войнам: на всем континенте закипало неприятие абсолютизма, вылившееся в волну народных революций. В Австрии они имели национальный характер и были связаны с попытками некоторых провинций (польских, итальянских и венгерских среди прочих) отколоться от империи. Для революционеров результат был плачевным: Австро-Венгрия воспользовалась отсутствием связи между повстанцами, столкнула их друг с другом и быстро подавила остальных. Однако мятежи вынудили императора Фердинанда I отказаться от престола в пользу эрцгерцога Франца Иосифа, а также повлияли на отставку премьер-министра Меттерниха. В социальном плане это привело к отмене крепостной зависимости крестьян.
Политические встряски шли бок о бок с изменениями в обществе, вызванными промышленной революцией, которая устремилась вперед под влиянием научно-технического прогресса. В индустриальном климате новые технологии радикально изменили социальную структуру: возник новый класс работников, рабочий класс, города стали разрастаться, а деревни приходить в запустение. Заводы пожирали уголь и производили деньги с колоссальной скоростью.
Рос спрос на уголь, а вместе с ним и необходимость в более эффективных машинах. Еще со времен Джеймса Уатта, с конца XVIII века, было известно, что большая часть тепла, выделяемого при горении, теряется, не производя полезной работы. Оценки, сделанные веком позже, зафиксировали норму эффективности в районе всего лишь 3 %. Несмотря на то что было совершено несколько попыток улучшить конструкцию двигателей, требовалась новая дисциплина, которая подвела бы прочные теоретические обоснования под более или менее плодотворные попытки по повышению эффективности.
Новая дисциплина сформировалась в 1860-е годы под названием «термодинамика». Она стала одним из трех столпов изысканий Больцмана, поскольку помогла объяснить поведение макроскопических тел через анализ микроскопических элементов (второй столп — атомная теория, а третий — понятие случая, сыгравшее центральную роль в жизни ученого).
Первое препятствие на пути к повышению эффективности двигателей заключалось в отсутствии прочной теории тепла и его передачи, которая позволила бы делать количественные прогнозы. Эту теорию высказал Антуан Лавуазье (1743-1794), доказав в 1783 году, что учение о флогистоне не имеет экспериментального подтверждения. «Флогистоном» Иоганн Иоахим Бехер (1635-1682) назвал вещество, существованием которого он объяснил явление горения. Немецкий ученый предположил, что флогистон присутствует в телах, подверженных горению, и высвобождается при образовании пламени. В стремлении подтвердить эту ошибочную теорию, в итоге был открыт кислород — пример того, как научный метод позволяет сделать плодотворным даже заблуждение. Больцман очень хорошо знал это и то, как развивалась наука. В 1895 году в связи со смертью своего учителя и друга Йозефа Лошмидта он вспоминал, как тот предложил ему однажды основать «научный журнал, в котором освещались бы только неудавшиеся эксперименты». «Он не осознавал, насколько интересно было бы воспринять всерьез эту шутку» и показать, что некоторые новшества могли возникнуть скорее, узнай научное сообщество о деталях некоторых неудавшихся экспериментов.
Лавуазье отрицал идею флогистона и вместо нее предложил теорию теплорода, которая господствовала в химии в течение следующих семидесяти лет. Она рассматривала тепло как утонченное вещество (имеющее тенденцию перетекать от теплых тел к холодным), теплород. Поскольку количество теплорода постоянно, все тепло, потерянное одним телом, принимается другим. Несмотря на кажущуюся наивность, теория теплорода привела к некоторым успехам, среди которых выделяется корректировка в расчете скорости звука Пьер-Симоном Лапласом (1749-1827), который исправил самого Исаака Ньютона (1642-1727). Следующим шагом были работы Николя Леонара Сади Карно (1796-1832), способствовавшие созданию науки термодинамики.
Возможно ли, заглянув в пустой сосуд, увидеть карту нашей Вселенной? Ответ: да! Ведь содержимое пустого (на первый взгляд) сосуда — это бурлящий мир, полный молекул, которые мчатся с головокружительными скоростями. А поведение молекул газа иллюстрирует многочисленные математические теории, принципиально важные для понимания мироустройства. Именно исследования свойств газа позволили ученым ближе рассмотреть такие сложные понятия, как случайность, энтропия, теория информации и так далее. Попробуем и мы взглянуть на Вселенную через горлышко пустого сосуда!
Слово «паразит» ни у кого не вызывает положительных эмоций. Паразитами называют тех, кто живет за чужой счет, — идет ли речь о людях или патогенных организмах. Тем не менее, само существование паразитов будоражит наше воображение: нас поражает их способность адаптации к меняющимся внешним условиям, их сложный жизненный цикл, их «модус операнди», не имеющий аналогов в животном мире. Эта книга максимально доступным языком, с использованием множества примеров рассказывает о том, чем занимается наука паразитология.
Наш прекрасный мир и его чудесная природа обрели свой вид только благодаря грибам, без которых немыслима ни одна экосистема. Без них не было бы ни наших лесов, ни нашего климата, да и, возможно, самой жизни. Грибы вездесущи, и, если использовать их правильно, они могут помочь нам в совершенно неожиданных областях. Грибы – партнеры, грибы – мастера утилизации отходов, грибы – чудо-лекарство, грибы – источник страсти… Известный австрийский биолог и специалист по охране природы, автор более 20 книг Роберт Хофрихтер, обобщая научные данные и собственный профессиональный и жизненный опыт, расскажет в этой книге о многом, чего мы до сих пор не знали о грибах.
Книга рассказывает о прошлом, настоящем и будущем самых, быть может, загадочных созданий на Земле. О том, как выглядели древнейшие, ранние киты, как эти обитавшие на суше животные миллионы лет назад перешли к водному образу жизни, мы узнаем по окаменелостям. Поиск ископаемых костей китов и работа по анатомическому описанию существующих видов приводила автора в самые разные точки планеты: от пустыни Атакама в Чили, где обнаружено самое большое в мире кладбище древних китов — Серро-Баллена, до китобойной станции в Исландии, от арктических до антарктических морей. Киты по-прежнему остаются загадочными созданиями.
Птичьи яйца – важная составляющая нашей культуры, символ плодовитости, неотъемлемый атрибут религиозных верований и мифологических представлений. Издревле за яйцами охотились коллекционеры и зачастую рисковали жизнью, взбираясь по скалистым склонам в поисках уникальных экземпляров. Казалось бы, яйцо устроено очень просто – но эта простота лишь кажущаяся. Один из ведущих орнитологов современности, известный британский популяризатор науки, обладатель множества наград за исследования в области поведенческой экологии и орнитологии, Тим Беркхед делится своими уникальными знаниями и раскрывает множество тайн этого настоящего чуда природы.
Как происходит дыхание? Почему нам порой не хватает воздуха и какое отношение имеет к этому маленькая Русалочка? Как наши эмоции влияют на дыхание? Почему мы кашляем, но не чувствуем боли в дыхательных путях? Может ли вырасти новое легкое? Как самый большой орган нашего тела защищается от микробов и вредных веществ. И самое главное: что мы можем предпринять, чтобы этот чудесный орган сохранял свою работоспособность всю жизнь? Обо всем этом увлекательно и захватывающе повествует специалист по легким Кай-Михаэль Бе. Для широкого круга читателей.
Книга основателя Игнобелевской (Шнобелевской) премии — сборник эссе о самых разных исследованиях вполне почтенных ученых. Только вот предмет этих исследований заставляет читателей сначала рассмеяться, а потом задуматься о весьма серьезных вещах. Почему чаще всего крадут книги по этике? Как найти оптимальный способ нарезки ветчины с помощью математики? Отчего танцоры в Вегасе получают большие чаевые в определенные месяцы? И какое ухо лучше распознает ложь — правое или левое? Абрахамс рассказывает о подобных довольно странных исследованиях в области биологии, физики, математики и других наук с большим юмором, иронией и — глубоким знанием человеческой природы.