Наукова магія рідин - історії Mindcraft
Нещодавно виданий нами друзями з видавництва Publica «Рідина. Приємні та небезпечні речовини, що протікають у нашому житті »- одна з найкращих книг для популяризації науки за останні роки, яка управляє« неможливим »: чітко і чітко пояснити наукові уявлення про, здавалося б,« дріб’язкові »речі (ми наводимо цитати, адже ніщо не є тривіальним, якщо ви уважно на це подивитесь), наприклад, вино, вода, гас у літаку або фреон у кондиціонерах. Принаймні раз на кілька сторінок будь-яка реакція читача буде такою: "Ого, я цього не знав!"
Марк Міодовник - директор Інституту виготовлення при Університетському коледжі в Лондоні, професор університету і один з найталановитіших авторів науково-популярних книг, має два блискучі томи з науки про матеріали.
Обидва вони були перекладені в нашій країні в публічній колекції: Бестселер 10 чудо-матеріалів, нагороджений книжковою премією Національної академії зв'язку в науці та премією Вінтона Королівського товариства, а також його новою книгою „Рідина. Приємні та небезпечні речовини, що протікають у нашому житті ", від яких ми запрошуємо вас насолодитись фрагментом, який збудить вашу цікавість.
Арахісове масло, мед, соус песто, зубна паста і, що мене найбільше боліло, пляшка односолодового віскі були вилучені під час перевірки в аеропорту. У таких ситуаціях моя гірчиця неминуче стрибає. Я кажу такі речі, як "я хочу поговорити з вищим" або "Арахісове масло не рідке", хоча я знаю, що воно є. Арахісове масло тече і набуває форми ємності, в якій воно розміщене - це те, що роблять рідини - отже воно рідке. У будь-якому випадку, це просто змушує мене засмучуватися, що навіть зараз, у світі, повному «розумних» технологій, контроль безпеки аеропорту не може відрізнити різницю між рідким кремом та рідкою вибухівкою.
З 2006 року заборонено пропускати понад 100 мілілітрів рідини через перевірку безпеки, але з тих пір наша технологія виявлення значно не покращилася. Рентгенівські сканери виявляють предмети в багажі. Зокрема, він попереджає охоронця, коли він стикається з підозрілими формами: відрізняє зброю від фена та ручок. Але рідини не мають форми. Вони просто приймають форму контейнера, в якому вони перебувають. Технологія сканування в аеропорту може виявити як щільність, так і ряд хімічних речовин. Але тут знову виникають проблеми. Наприклад, молекулярний склад вибухового нітрогліцерину подібний до складу арахісового масла. І ті, і інші виготовлені з вуглецю, водню, азоту та кисню - але один - вибухова речовина, а інший - просто ... що ще, смачний. Існує величезна кількість небезпечних токсинів, отрут, окисників та патогенних мікроорганізмів, яких неймовірно важко швидко та безпечно відрізнити від нешкідливих рідин. Саме цей аргумент, який я чув від багатьох охоронців (та їх начальства), змушує мене прийняти - неохоче - моє арахісове масло або іншу рідину, про яку я постійно забуваю Я виймаю їх із ручної поклажі, вони становлять значний ризик.
І яка ванна кімната була б повною без рогу достатку з пляшками рідкого мила, шампунем і кондиціонером, баночками з кремом і тюбиками зубної пасти? Ми любимо ці чудодійні рідини, але вони також турбують нас: чи не завдають вони нам шкоди? Чи це також не викликає рак? Чи не шкодить це довкіллю? У випадку рідин задоволення та підозра йдуть рука об руку. За своєю природою вони дводушні - ні газ, ні тверді речовини, а щось посередині, щось незбагненне і таємниче.
Імператор Цінь Ши Хуан, засновник династії Цінь.
Ртуть - не єдина рідина, яка може споживати і містить іншу речовину. Якщо ми додамо у воду сіль, вона швидко зникне - сіль десь є, але де і що з нею сталося? І все ж, якщо ми вливаємо його в олію, сіль там залишається. Чому? Рідка ртуть поглинає тверде золото, але відкидає воду. Чому? Вода поглинає гази, в тому числі кисень; якби не це, ми жили б у зовсім іншому світі - розчинений у воді кисень дозволяє рибам дихати. Тоді, хоча вода не може поглинати достатньо кисню для дихання людини, інші рідини можуть. Існує тип нафти - фторуглерод - дуже нереактивний з хімічної та електричної точок зору. Він настільки інертний, що ви можете покласти свій мобільний телефон у склянку з цією речовиною, і він буде продовжувати нормально працювати. Крім того, фторуглерод може поглинати кисень у такій високій концентрації, що стає повітропроникним для людини - вдихати рідину замість повітря - із багатьма можливими способами використання, найважливішим з яких є лікування недоношених дітей, які страждають на респіраторний дистрес-синдром (nt: стан, при якому не повністю розвинені легеневі альвеоли не передають достатньо кисню до крові).
Але вся рідка вода має остаточну властивість генерувати життя. Причина в тому, що він розчиняє не тільки кисень, але і багато інших речовин, включаючи молекули на основі вуглецю; отже, це оптимальне середовище для появи життя - для спонтанного породження нових організмів. Принаймні так говорить теорія. Тому, шукаючи ознаки життя на інших планетах, вчені шукають рідку воду. Але рідка вода у Всесвіті зустрічається рідко. Не виключено, що в Європі, в один з місяців Юпітера, під крижаним покривом є океани рідкої води. На Енцеладі, одному із супутників Сатурна, також може бути рідка вода. Але Земля - єдине тіло в Сонячній системі з великою кількістю води, легко доступною для поверхні.
Поверхневі температури та тиск, завдяки яким вода може знаходитися у рідкому вигляді, зумовлені низкою унікальних обставин. Зокрема, якби не рідке ядро Землі, виготовлене з розплавлених металів, джерела магнітного поля, яке захищає нас від сонячного вітру, вся наша вода, ймовірно, зникла б мільярди років тому. Словом, на нашій планеті рідина народилася з рідини, а з неї - життя.
Але рідини також руйнують. Піна м’яка, оскільки легко стискається; якщо ви стрибаєте на поролоновому матраці, ви відчуваєте, що він поступається вам. Рідини не поводяться так; навпаки, вона тече - кожна молекула просувається в простір, вивільнений іншою молекулою. Ми спостерігаємо явище в річках, коли ми відкриваємо кран або коли ми змішуємо каву чайною ложкою. Коли ми зіскакуємо з батута і торкаємось води, вона повинна відокремитися, щоб звільнити місце для вас. Але це розділення вимагає часу, і якщо швидкість удару буде занадто великою, вода не зможе стікати досить швидко і буде тиснути на вас. Звідси сила, яка щипає вашу шкіру, коли ви кидаєтесь у басейн, і яка змушує контакт з водою після стрибка у висоту бути дуже схожою на посадку на бетон. Нестисливість води також є причиною того, чому хвилі можуть чинити таку смертельну силу і чому хвиля цунамі може зруйнувати будівлі та міста, розкидаючи машини навколо, як зламані гілки. Наприклад, землетрус в Індійському океані 2004 року спричинив серію цунамі, в результаті якої загинуло 230 000 людей у чотирнадцяти країнах. Що стосується сили тяжіння, це було восьме стихійне лихо в історії.
Ще одна небезпечна властивість рідин - їх здатність вибухати. Коли я розпочав кандидатську дисертацію в Оксфорді, мені довелося підготувати невеликі зразки для електронного мікроскопа. Процес включає охолодження рідини, яка називається електрохімічним полірувальним розчином, до температури мінус 20 ° С. Рідина являла собою суміш бутоксиетанолу, оцтової кислоти та хлорної кислоти. Він показав мені, як зробити ще одного докторанта в лабораторії, Енді Годфрі, і я подумав, що зрозумів. Але через кілька місяців Енді помітив, що ми часто даємо розчину нагріватися під час електрохімічного полірування. - Я б цього не зробив, - сказав він одного дня, піднявши брови, дивлячись на моє плече. Коли я запитав його, чому, він направив мене до керівництва з хімічної небезпеки в лабораторії:
Хлорна кислота - їдка кислота, яка руйнує тканини людини. Хлорна кислота може бути небезпечною для здоров'я при вдиханні, потраплянні всередину або при контакті зі шкірою чи очима. Нагріта вище кімнатної температури або застосовувана при концентраціях вище 72% (при будь-якій температурі), хлорна кислота стає сильною окислювальною кислотою. Органічні речовини особливо сприйнятливі до самозаймання в суміші або контакту з хлорною кислотою. Пари хлорної кислоти можуть утворювати чутливі до удару перхлорати у вентиляційних каналах.
Іншими словами, вона вибухає.
Шукаючи в лабораторії, я виявив безліч безбарвних рідин, таких самих прозорих, більшість з яких неможливо розрізнити. Я використовував, наприклад, плавикову кислоту, яка, крім того, що робить отвори в бетоні, металах та м’ясі, також є токсичною при контакті, пригнічуючи нервову функцію. Ефект тонкий - точніше, ви не відчуваєте його, коли він вас опікає. Випадковий вплив може залишитися непоміченим дуже легко, поки кислота гризе вашу шкіру.
А алкоголь потрапляє в категорію отрут. Слід визнати, що він проявляється лише у великих дозах, але завдав більшої шкоди, ніж плавикова кислота. І все ж він відіграє величезну роль у суспільстві та в культурах по всьому світу; Протягом всієї історії він використовувався як антисептик, протикашльовий засіб, протиотрута, транквілізатор та паливо. Його головна приваблива функція - функція депресанта нервової системи: це психоактивний препарат. Багато людей не можуть функціонувати без щоденної келиха вина, і більшість заходів для спілкування відбуваються навколо місць, де подають алкоголь. Ми не довіряємо цим рідинам (і це правильно), але все одно любимо їх.
Ми відчуваємо фізіологічну дію алкоголю, коли він всмоктується в кров. Серцебиття постійно нагадує нам про роль крові в організмі та її необхідність постійно циркулювати: ми працюємо завдяки дії насоса, а коли він зупиняється, ми вмираємо. З усіх рідин у світі можна сказати, що кров є однією з найважливіших. На щастя, сьогодні ми можемо замінити наше серце, ми можемо виконувати операції шунтування і ми можемо зв’язати їх з різними точками тіла і поза ним. Навіть кров можна переливати і витягувати, зберігати, ділити, заморожувати і повертати до життя. Насправді мільйони людей, які переносять хірургічні або дорожньо-транспортні пригоди або отримують поранення в зонах бойових дій, щороку гинуть без банків крові.
Але кров може бути заражена, наприклад ВІЛ або вірусом гепатиту, тому вона може завдати шкоди. Тому ми повинні враховувати двояку природу крові, а також усіх рідин. Важливе питання полягає не в тому, чи можемо ми довіряти певній рідині, корисна вона чи погана, корисна вона чи отруйна, смачна чи огидна, а скоріше, чи розуміємо ми її достатньо, щоб мати можливість її використовувати.
Найкращий спосіб продемонструвати силу та задоволення від контролю за рідинами - це спостерігати за пасажирами в літаку. Ось про що йдеться в цій книзі: трансатлантичний політ і всі дивні та чудові рідини, які в ньому беруть участь. Я сідав у літак, тому що мені вдалося не підірвати себе під час доктора філософії, але я продовжив дослідження в галузі матеріалознавства і став директором Інституту виготовлення продукції при Університетському коледжі в Лондоні. Частина нашого дослідження зосереджена на тому, як рідини можна замаскувати під тверді речовини. Наприклад, асфальт на дорогах, як і арахісове масло, рідина, хоча і виглядає твердим. Завдяки нашим дослідженням ми отримали запрошення на конференції по всьому світу, і ця книга розповідає історію такого перельоту з Лондона до Сан-Франциско.
Планета "Океан", на фотографії в природних кольорах, з червня 2019 року, зробленої за допомогою супутника NASC DSCOVR.
Політ описується мовою молекул, серцебиття та океанічних хвиль. Моя мета - розкрити таємничі властивості рідин і показати, як ми залежали від них. Ми пролетим над вулканами Ісландії, над замерзлим простором Гренландії, над озерами біля Гудзонової затоки, потім на південь до узбережжя Тихого океану. Це досить великий простір, щоб говорити про рідини від океанських сходів до крапель у хмарах, вивчаючи дивні рідкі кристали на екранах літаків, напої, які обслуговує льотна команда, і, звичайно, паливо, яке утримує літак у стратосфері.
У кожному розділі я обговорюю окремий етап польоту та якості рідин, які зробили це можливим: їх здатність горіти, розчинятись або вливати, щоб назвати декілька. Я показую, як капілярність, конденсація, в’язкість, розчинність, тиск, поверхневий натяг та багато інших дивних властивостей рідин дозволяють нам літати навколо земної кулі. Таким чином, я пояснюю, як рідини слідують за напрямком висхідного потоку на деревах, але, спускаючись на пагорби, чому нафта липка, як можуть доходити хвилі так далеко, чому речі сохнуть, як можуть бути деякі рідини кристали, як не отруїтися, готуючи алкогольні напої вдома, і, мабуть, найголовніше, як приготувати ідеальний чай. Тож я запрошую вас летіти зі мною.
Я обіцяю вам дивну і чудову подорож.