Алексей Дорохов - Легкий, тяжелый, жидкий
Не научись в конце прошлого века инженеры получать в приборах нужный вакуум, у нас и сегодня не было бы ни рентгеновских аппаратов, ни электронных микроскопов, ни транзисторных радиоприемников.
Тебя, наверно, не раз ставили позади экрана рентгеновского аппарата. Под его лучами твое тело становилось прозрачным, и врач видел, как внутри твоей грудной клетки бьется сердце, как сжимаются и наполняются воздухом твои легкие, как проходит по пищеводу, желудку и кишечнику непрозрачная для рентгеновских лучей белая кашица, которую ты только что проглотил. Да ты и сам, возможно, видел снимки, на которых можно рассмотреть нужную косточку твоей руки.
Так вот, необходимая часть в рентгеновском аппарате - это вакуумная трубка, из которой почти полностью откачан воздух.
Слышал ты, наверное, и о зловредных вирусах, которые заражают человека гриппом и другими болезнями.
Эти отравители проникают внутрь клеточек, из которых состоит человеческий организм. В этих клеточках они размножаются и отравляют кровь своим ядом. Человек заболевает.
Но вирусы так малы, что их не разглядишь даже через самый сильный микроскоп.
И все же ученые сумели найти способ рассмотреть этих невидимых врагов, узнать, как они проникают в кровь человека, и найти способы с ними бороться.
Это удалось сделать при помощи особого электронного микроскопа. Только в нем ученые смогли увидеть вирусов, увеличенных в сто пятьдесят тысяч раз. Но и то эти крохотные вредители кажутся наблюдателю лишь еле заметными точечками и запятыми, настолько они малы. Теперь стало понятно, почему вирусы при исследовании крови проникали даже через самые плотные фильтры.
Главная часть электронного микроскопа - высокая металлическая труба, из которой почти полностью откачан воздух. Значит, и здесь врачам помогает вакуум.
А в каждом маленьком радиоприемнике скрыты крохотные пластиночки-транзисторы, которые вообще нельзя сделать из обычного металла. Для их изготовления нужен такой металл, какой можно получить в вакууме.
27 000 000 000 000 000 000
Помогает вакуум и металлургам.
Однажды мне довелось побывать на большом металлургическом заводе, укрытом в горах и лесах Уральского хребта. Завод этот нарочно построен именно там, где сама природа хранит особенно чистый воздух.
Но не так-то просто было пройти в цех, который меня интересовал.
Сперва мне пришлось принять душ и одеться в вынутое из заклеенного пакета чистое белье и белый халат, надеть на ноги белые тапочки, а на голову - белую шапочку.
Затем меня ввели в тамбур и плотно закрыли двери. Потом открыли другие двери, и я оказался во втором тамбуре. После этого двери в первый тамбур плотно закрыли, и только тогда открылась дверь в самый цех.
Все в нем было белое. Белые стены, белые потолки, белая мебель, даже все машины покрашены белой эмалевой краской. И все рабочие были одеты так же, как я, во все белое.
Яркий свет так заливал все помещение цеха, что в нем была бы заметна любая пылинка. Но пылинок в воздухе здесь не было.
Мне сказали, что все тут, вплоть до одежды рабочих, пропитано специальным противопылевым составом. И даже воздух для дыхания, который подкачивают в цех, сперва прогоняют через несколько самых плотных фильтров.
Посредине цеха стояла небольшая электрическая печь. А возле нее гудели насосы.
Я спросил, для чего же нужен такой цех и такая печь, из которой все время откачивают воздух? И вот что мне рассказали.
Вы, наверное, слышали название "полупроводники". Это крохотные пластиночки, без которых не сделаешь ни маленький портативный радиоприемник-транзистор, ни цветной телевизор.
Не могут обойтись без полупроводников и конструкторы различных электронных приборов. Большинство этих приборов появились лишь после того, как были открыты полупроводники.
Но для изготовления самых сложных и точных либо самых миниатюрных приборов необходимы сверхчистые металлы. Такие металлы, в составе которых было бы не больше одной частицы посторонней примеси на десять миллиардов частиц самого металла! И только в вакууме можно сварить такой металл.
- Представляете, - сказал мне инженер, - достаточно одной чужой частицы, и металл уже не годен! Это все равно, что вы подошли бы к бассейну, в который налито десять тысяч бочек дистиллированной воды, и бросили бы в воду полкусочка сахару. А вам бы тогда сказали, что теперь вся вода испорчена - она стала сладкой!
Однако даже в вакуумной печи завода сверхчистых металлов, несмотря на непрерывную работу нескольких насосов, еще остается немного воздуха.
Как ты думаешь, что значит та огромная цифра, которой названа эта главка?
27 000 000 000 000 000 000 - двадцать семь квинтильонов!
Это именно столько частиц воздуха помещается в одном наперстке. Попробуй их всех оттуда выгнать!
А ведь иногда нужно выгнать воздух не из прибора величиной с наперсток и даже не из небольшой электрической печи, как на том заводе, о котором было рассказано, а создать безвоздушное пространство в гигантской стальной трубе, похожей на громадную баранку, внутри которой вполне поместилась бы городская площадь.
Такие "баранки" толщиной с двухэтажный дом можно увидеть, например, в приволжском городе Дубне или под Серпуховом близ Москвы в научных институтах, где физики изучают строение атома. Это камеры самых мощных в мире ускорителей атомных частиц.
В стальных трубах ускорителей исследователи разгоняют до небывалой скорости протоны, из которых состоят атомы, а затем ставят на их пути препятствие. Летящие с невероятной скоростью - 250 тысяч километров в секунду - протоны от удара о мишень разбиваются на еще более мелкие частицы. Исследователи фотографируют следы этих частиц на фотопленку, а затем изучают по полученным снимкам их особенности.
Но легкие протоны никогда не наберут нужной скорости, если им придется по пути сталкиваться с тяжелыми частицами воздуха. Поэтому в трубе ускорителя должно быть безвоздушное пространство.
Вот почему так натужно гудят пятьдесят мощных и сложных насосов, подключенных к трубе на всем ее протяжении. Они должны обеспечивать настолько высокое разрежение воздуха в камере ускорителя, чтобы оставшиеся в ней отдельные частицы газов не помешали протонам мчаться вперед, к мишени.
Только научившись создавать в ускорителях почти полный вакуум, ученые смогли открыть много различных мельчайших частиц, из которых состоят атомы, и еще глубже узнать строение всего нашего мира.
В БЕЗВОЗДУШНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
Но нельзя ли найти в мире почти полный вакуум, не прибегая ни к каким насосам?
Можно! Сегодня мы знаем это совершенно точно.
Уже давно люди заметили, что чем выше поднимаешься в горы, тем труднее становится дышать - не хватает воздуха. При помощи различных приборов ученые установили, что чем дальше от поверхности Земли, тем слабее давление воздуха.
Значит, та воздушная подушка, которая лежит над Землей, чем выше, тем менее плотна и становится все легче.
Где же кончается окутывающая Землю воздушная пелена? Где начинается подлинное безвоздушное пространство, подлинный вакуум?
Первым решился это проверить французский физик Гастон Тиссандье.
Профессор Парижского университета Тиссандье был не только ученым, но и спортсменом. Он, например, так увлекался воздухоплаванием, что нередко отменял свои лекции, чтобы совершить очередное путешествие на воздушном шаре и поглядеть на Землю сверху.
В 1870 году, во время войны Франции с Германией, немцы окружили столицу Франции сплошным кольцом войск. Ни один человек не мог пробраться из осажденного города.
И тогда Тиссандье надул свой воздушный шар, пролетел на нем над головами вражеских солдат и добрался до Норвегии. Оттуда он смог сообщить французскому командованию, каково положение в Париже и долго ли еще удастся оборонять город.
А через пять лет Тиссандье решил побывать на самой большой высоте, на какую только способен подняться воздушный шар.
Утром 15 апреля 1875 года со двора парижского газового завода стартовал аэростат. В плетеной ивовой корзине для пассажиров были три воздухоплавателя - Тиссандье и два его помощника.
Когда шар поднялся на высоту в семь километров, все трое стали задыхаться. Им не хватало воздуха. Пришлось дышать предусмотрительно взятым с собой в баллонах кислородом.
Наконец подъем прекратился. Чтобы подняться еще немного выше, исследователи постепенно выбросили за борт все лишнее - одеяла, личные вещи, даже запасные баллоны с кислородом. Они настолько увлеклись наблюдениями, что не прекращали подъема, пока не свалились без чувств на дно своей корзины.
Дольше всех держался сам Тиссандье. Он даже продолжал записывать происходящее в бортовой журнал.
Последняя запись почти неразборчивыми каракулями гласила:
"Мы спускаемся. Температура - 8 градусов. Бросаю балласт".
