Мистер Томпкинс уже успел привыкнуть к тому, что его тесть изъясняется на несколько недоступном для него уровне, и поэтому с философским спокойствием потягивал виски с содовой, пытаясь придать лицу умное выражение. Но весь блеск и красота статистической физики явно ускользали от Мод, уютно свернувшейся калачиком в своем кресле и с героическими усилиями боровшаяся с дремотой. Дабы окончательно развеять сонливость, она решила встать и пойти посмотреть, как идут приготовления к обеду.
— Мадам что-нибудь желает? — с поклоном спросил ее высокий тщательно одетый дворецкий, едва Мод появилась на пороге столовой.
— Благодарю вас, ничего. Просто решила посмотреть, как идут приготовления к обеду, — ответила она, лихорадочно пытаясь понять, откуда он взялся. Появление метрдотеля было очень странным, поскольку прислуги Томпкинсы не держали, дворецкого у них никогда не было, они и подумать не могли о такой роскоши. Дворецкий был худощав, строен, со смуглой оливковой кожей, длинным крючковатым носом и зеленоватыми глазами, в которых тлел странный огонек. Мурашки пробежали у Мод по спине, когда на лбу у дворецкого она заметила два симметричных выступа, тщательно прикрытых черными, как смоль, волосами.
— Либо я сплю, либо предо мной Мефистофель собственной персоной прямо с оперных подмостков, — подумала она.
— Вас нанял мой муж? — спросила Мод лишь для того, чтобы что-нибудь сказать.
— Не совсем, — ответил необычный дворецкий, завершая великолепную сервировку стола. — Если быть точным, я явился сюда по собственному желанию, дабы показать вашему батюшке, известному своими познаниями, что я не миф, как он думает. Позвольте представиться: я демон Максвелла.
— О! — вымолвила Мод с облегчением. — Тогда вы, должно быть, не злокозненны, как другие демоны, и не имеете намерений причинять вред кому-нибудь.
— Разумеется, — успокоил ее с широкой улыбкой демон, — но я люблю разыгрывать с людьми шутки и хочу подшутить над вашим ученым батюшкой.
— А что вы намереваетесь сделать? — с тревогой спросила Мод, которая никак не могла отделаться от мучивших ее подозрений.
— Просто продемонстрировать ему, что если я захочу, то могу нарушить принцип возрастания энтропии. А чтобы и вы могли убедиться в этом, я был бы очень признателен вам, если бы вы составили мне компанию. Смею уверить вас, что вам не угрожает никакая опасность.
При этих словах Мод почувствовала, как демон крепко взял ее под руку и все предметы вокруг словно сошли с ума. Стол, стулья и вся прочая обстановка столовой вдруг начали с чудовищной скоростью увеличиваться, и на ее глазах спинка кресла, выросшая до гигантских размеров, закрыла горизонт. Когда все вокруг постепенно успокоилось, Мод обнаружила, что плавает в воздухе, поддерживаемая своим необычным спутником. Какие-то туманные шары размером с теннисный мяч со свистом проносились мимо по всем направлениям. Демон Максвелла предусмотрительно предотвращал их от столкновения со всеми мало-мальски опасными предметами. Взглянув вниз, Мод увидела нечто вроде рыбацкой лодки, до самых уключин груженой трепыхающейся, блещущей серебром рыбой. Присмотревшись повнимательнее, Мод увидела, что это были не рыбы, а множество туманных шаров, вроде тех, что то и дело пролетали мимо, со свистом рассекая воздух. Демон, по-прежнему крепко держа ее под руку, влек ее за собой до тех пор, пока они не очутились в море какой-то зернистой жидкости, бесформенной и в то же время подвижной. Шары прямо-таки кипели у самой поверхности моря, а некоторых жидкость засасывала, и они скрывались в пучине. Время от времени некоторые шары всплывали к самой поверхности с такой скоростью, что отрывались от поверхности моря и взмывали в пространство. Другие шары прилетали откуда-то из пространства, врезались в жидкость и исчезали под тысячами других шаров. Вглядевшись в простиравшееся вокруг море, Мод увидела, что туманные шары в действительности были двух различных сортов. Большинство шаров напоминало по внешнему виду теннисные мячи, однако встречались и шары покрупнее. Они были более продолговатыми и по форме напоминали мячи для американского футбола. Все шары были полупрозрачными и имели сложную внутреннюю, структуру, которую Мод никак не удавалось разглядеть.
— Где мы? — произнесла Мод, задыхаясь. — Неужели так выглядит ад?
— Нет, — улыбнулся в ответ демон. — Все гораздо более прозаично. Просто мы с вами видим под очень большим увеличением крохотный участок поверхности жидкости в бокале, с помощью которого ваш муж довольно успешно пытается не уснуть, пока ваш батюшка разглагольствует о квазиэргодических системах. Все эти шары — молекулы. Те, что поменьше, — молекулы воды, те, что побольше, — молекулы спирта. Подсчитав, если угодно, пропорцию между теми и другими, вы сможете определить крепость напитка, который смешал себе ваш муж.
— Очень интересно! — заметила Мод как можно более строгим голосом. — А что это за штуковины плавают там вдали? Они напоминают пару резвящихся китов. Может быть, это какие-нибудь атомные киты?
Демон взглянул в том направлении, куда указывала Мод.
— Нет, это не киты, — заметил он. — Это крохотные кусочки подгоревшего ячменя — того самого ингредиента, который придает виски особый вкус и цвет. Каждый такой кусочек состоит из миллионов и миллионов сложных органических молекул, имеет сравнительно большие размеры и довольно тяжел. То, что они прыгают на поверхности жидкости, объясняется действием тех ударов, которые они получают от молекул воды и спирта, совершающих тепловое движение. Именно изучение таких частиц средних размеров, достаточно малых для того, чтобы ощущать движение молекул, и вместе с тем достаточно больших для того, чтобы их можно было наблюдать в сильный микроскоп, дало ученым первое прямое доказательство правильности основных положений кинетической теории газов. Измеряя интенсивность тарантеллы, исполняемой крохотными частицами, взвешенными в жидкости, — их броуновского движения, как обычно принято называть беспорядочное движение таких частиц, физики научились извлекать непосредственную информацию об энергии движения молекул.
Демон снова повлек за собой Мод. Они неслись по воздуху до тех пор, пока перед ними не возникла гигантская стена, сложенная из бесчисленных молекул воды. Молекулы были подогнаны друг к другу точно и плотно, как кирпичи.
— Какое поразительное зрелище! — вскричала Мод. — Какой прекрасный фон для портрета, который я сейчас рисую! Кстати, а что это за здание?
— Перед вами фрагмент кристалла льда, один из многих кристалликов, образующих кубик льда в стакане вашего мужа, — сказал демон. — А теперь, прошу прощения, самое время начать придуманный мной розыгрыш и подшутить над старым самоуверенным профессором.
С этими словами демон оставил Мод на ребре кристалла льда, наподобие альпиниста, взгромоздившегося на горный хребет, и приступил к работе. Вооружившись инструментом наподобие теннисной ракетки, демон принялся отбивать пролетавшие мимо молекулы. Быстро перемещаясь с места на место, он поспевал вовремя, чтобы отбить упрямую молекулу, упорно продолжавшую двигаться в неправильном направлении. Несмотря на опасность своего положения Мод не могла не восхищаться проворством и ловкостью демона и даже подбадривала его возгласами, когда ему удавалось отбить особенно быструю и трудную молекулу. По сравнению с тем, что вытворял демон, самые знаменитые чемпионы по теннису выглядели жалкими, безнадежно неуклюжими увальнями. Не прошло и нескольких минут, как результаты работы Демона стали заметны. Теперь, хотя часть поверхности жидкости была покрыта очень медленно движущимися спокойными молекулами, другая часть поверхности, расположенная прямо у Мод под ногами, кишела молекулами, яростно сновавшими по всем направлениям. Число молекул, покидавших поверхность в процессе испарения. быстро нарастало. Молекулы покидали жидкость большими группами по тысяче молекул и более, прорываясь сквозь поверхность жидкости в виде больших пузырей. Вскоре облако пара скрыло от Мод все и лишь время от времени она могла различить разящие взмахи ракетки и фалды фрака, в который был облачен демон, среди беснующихся молекул. Наконец, молекулы на том фрагменте льда, на котором она восседала, поддались, и Мод стала падать сквозь тяжелые облака пара, расстилавшиеся под ней…
Когда облака рассеялись, Мод обнаружила, что сидит в том самом кресле, в котором сидела перед тем, как выйти в столовую.
— Святая энтропия! — воскликнул вдруг отец Мод, глядя на высокий бокал, стоявший перед мистером Томпкинсом. — Да ведь жидкость кипит!
Действительно, жидкость в бокале покрылась лопающимися пузырями, и к потолку над бокалом медленно поднималась тонкое облачко пара. Было странно, однако, что напиток в стакане кипел лишь на сравнительно малом участке вокруг кубика льда. Весь остальной напиток был совершенно холодным.
— Нет, вы только подумайте! — продолжал профессор севшим от волнения дрожащим голосом. — Я рассказываю вам о статистических флуктуациях в возрастании энтропии, и, пожалуйста, такая флуктуация перед нами! В результате невероятного стечения обстоятельств впервые с сотворения Земли более быстрые молекулы случайно собрались на одном участке поверхности жидкости, и жидкость сама собой закипела! В ближайшие миллиарды лет мы с вами останемся единственными людьми, которым посчастливилось видеть это необычайное явление.
Профессор не отрывал глаз от напитка, который теперь медленно остывал.
— Какая удача! — вздохнул он с счастливой улыбкой. — Какое необыкновенное везение!
Мод улыбнулась, но ничего не сказала. Зачем ей было спорить с отцом, если на этот раз она точно знала, что истинная причина явления была известна ей лучше, чем ему.
Глава 10
Веселое племя электронов
Через несколько дней, заканчивая обед, мистер Томпкинс вспомнил, что вечером должна состояться лекция профессора о строении атома, которую он обещал посетить. Но маловразумительными объяснениями своего тестя мистер Томпкинс был сыт по горло, и поэтому решил пропустить лекцию и скоротать вечерок дома. Но когда он устраивался поудобнее в своем кресле, мечтая почитать интересную книгу, Мод отрезала этот путь к отступлению: взглянув на часы, она заявила мягко, но тоном, не допускающим возражений, что мистеру Томпкинсу пора отправляться на лекцию. И через каких-нибудь полчаса мистер Томпкинс сидел на жесткой деревянной скамье вместе с толпой гораздо более молодых студентов.
— Леди и джентльмены, — начал профессор, строго глядя на слушателей поверх очков, — на прошлой лекции я обещал вам подробнее рассказать о внутреннем строении атома и объяснить, каким образом те или иные конкретные особенности его строения обуславливают различные физические и химические свойства атома. Вы, конечно, знаете, что атомы не рассматриваются более как элементарные неделимые составные части материи и что эта роль ныне перешла к гораздо меньшим частицам — электронам, протонам и т. д.
Представление об элементарных составляющих материи как о последней ступени в делимости материальных тел восходит к древнегреческому философу Демокриту, жившему в IV веке до н. э. Размышляя о скрытой природе вещей, Демокрит пришел к проблеме строения материи и столкнулся с вопросом о том, может или не может существовать бесконечно малая порция материи. Поскольку в ту далекую эпоху любую проблему имели обыкновение решать лишь одним-единственным способом — с помощью чистого мышления и к тому же вопрос в то время находился далеко за рамками возможностей решения его экспериментальными методами, Демокрит в поисках правильного ответа опустился в глубины собственного разума. Исходя из некоторых довольно смутных философских соображений, он в конце концов пришел к выводу о том, что «немыслимо», чтобы материя безгранично делилась на все более и более мелкие порции, и что поэтому необходимо принять предположение о существовании «наименьших частиц, которые не допускают дальнейшего деления». Такие частицы Демокрит назвал атомами, что, как вы, возможно, знаете, означает по-гречески «неделимые».
Я отнюдь не хочу приуменьшать величие вклада Демокрита в развитие естественных наук, однако справедливости ради хотел бы обратить ваше внимание на то, что наряду с Демокритом и его последователями в древнегреческой философии существовала и другая школа, приверженцы которой считали, что процесс деления неограниченно продолжаем . Поэтому независимо от того, какой ответ на этот вопрос даст в будущем точное естествознание, древнегреческой философии обеспечено почетное место в истории физики. Во времена Демокрита и даже много столетий спустя существование таких неделимых порций материи рассматривалось как чисто философская гипотеза, и только в XIX веке ученые решили, что им, наконец, удалось обнаружить те неделимые кирпичики материи, существование которых было предсказано древнегреческими философами за две тысячи лет до разыгравшихся событий.
В 1808 г. английский химик Джон Дальтон установил так называемый закон кратных отношений. Он показал, что…
Почти с самого начала лекции мистера Томпкинса неудержимо клонило в сон. Ему очень хотелось сомкнуть глаза и, пребывая в приятной дремоте, досидеть до конца лекции, но мешала лишь суровая жесткость университетской скамьи. Но открытый Дальтоном закон кратных отношений оказался последней соломинкой, переломившей спину верблюду, и в притихшей аудитории вскоре можно было отчетливо различить тонкое посвистывание, доносившееся из угла, где сидел мистер Томпкинс.
Когда мистер Томпкинс очнулся от сна, неудобство сидения на жесткой скамье сменилось приятным ощущением парения в воздухе. Открыв глаза, мистер Томпкинс с удивлением обнаружил, что мчится в пространстве с легкомысленно, как ему показалось, большой скоростью. Оглянувшись по сторонам, мистер Томпкинс увидел, что он не одинок в своем фантастическом путешествии. Неподалеку от него несколько расплывчатых смутных существ обращались вокруг большого тяжелого на вид объекта в центре хоровода. Это странные призрачные существа мчались парами, весело гоняясь друг за другом по круговым и эллиптическим траекториям. Внезапно мистер Томпкинс почувствовал себя очень одиноким, осознав, что лишь у него одного нет партнера.
— Почему я не взял с собой Мод? — тоскливо подумал мистер Томпкинс. — Мы бы чудесно провели время в этом хороводе.
Траектория, по которой двигался мистер Томпкинс, пролегала в стороне от траекторий остальных существ, охватывая их снаружи, и хотя мистеру Томпксинсу очень хотелось присоединиться к остальной компании, неприятное чувство постороннего удерживало и мешало ему сделать шаг навстречу веселым путешественникам. Однако когда одному из электронов (к тому времени мистер Томпкинс окончательно понял, что непостижимым и чудесным образом присоединился к сообществу электронов, населявших какой-то атом) случилось пролететь неподалеку от него по сильно вытянутой орбите, мистер Томпкинс решил пожаловаться на свои неудачи.
— Почему у меня нет партнера для игр и забав? — прокричал он вслед электрону.
— Потому, что это нечетный атом, а вы валентный электро-о-н, — донеслось в ответ. С этими словами электрон повернул и устремился в толпу пляшущих электронов.
— Валентные электроны живут в одиночку или находят себе компаньонов в других атомах, — пропищал высоким фальцетом другой электрон, проносясь мимо мистера Томпкинса.
«Если нужен компаньон,
Знайте: в хлоре ждет вас он», —
насмешливо пропел третий.
— Вижу, вы здесь новичок, сын мой, и очень одиноки, — раздался над мистером Томпкинсом дружеский голос, и, возведя глаза горе, наш герой увидел плотную фигуру монаха в коричневой сутане.
— Я отец Паулини, — продолжал монах, двигаясь по траектории вместе с мистером Томпкинсом, — и моя миссия в этой жизни состоит в том, чтобы наблюдать за моралью и социальным поведением электронов в атомах и повсюду. Мой долг — следить за тем, чтобы все эти беззаботные и игривые электроны были надлежащим образом распределены по различным квантовым кельям этого прекрасного атомного строения, воздвигнутого нашим великим архитектором Нильсом Бором. Дабы поддерживать порядок и сохранять свойства, я никогда не разрешаю находиться на одной и той же траектории более чем двум электронам. Стоит им собраться втроем, как хлопот не оберешься. Поэтому электроны всегда сгруппированы в пары с противоположным «спином», и если такая пара поселяется в келье, то третьему электрону не разрешается нарушать их покой. Это хорошее правило, и я могу добавить, что до сих пор ни один электрон не нарушил введеного мной распорядка.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
— Мадам что-нибудь желает? — с поклоном спросил ее высокий тщательно одетый дворецкий, едва Мод появилась на пороге столовой.
— Благодарю вас, ничего. Просто решила посмотреть, как идут приготовления к обеду, — ответила она, лихорадочно пытаясь понять, откуда он взялся. Появление метрдотеля было очень странным, поскольку прислуги Томпкинсы не держали, дворецкого у них никогда не было, они и подумать не могли о такой роскоши. Дворецкий был худощав, строен, со смуглой оливковой кожей, длинным крючковатым носом и зеленоватыми глазами, в которых тлел странный огонек. Мурашки пробежали у Мод по спине, когда на лбу у дворецкого она заметила два симметричных выступа, тщательно прикрытых черными, как смоль, волосами.
— Либо я сплю, либо предо мной Мефистофель собственной персоной прямо с оперных подмостков, — подумала она.
— Вас нанял мой муж? — спросила Мод лишь для того, чтобы что-нибудь сказать.
— Не совсем, — ответил необычный дворецкий, завершая великолепную сервировку стола. — Если быть точным, я явился сюда по собственному желанию, дабы показать вашему батюшке, известному своими познаниями, что я не миф, как он думает. Позвольте представиться: я демон Максвелла.
— О! — вымолвила Мод с облегчением. — Тогда вы, должно быть, не злокозненны, как другие демоны, и не имеете намерений причинять вред кому-нибудь.
— Разумеется, — успокоил ее с широкой улыбкой демон, — но я люблю разыгрывать с людьми шутки и хочу подшутить над вашим ученым батюшкой.
— А что вы намереваетесь сделать? — с тревогой спросила Мод, которая никак не могла отделаться от мучивших ее подозрений.
— Просто продемонстрировать ему, что если я захочу, то могу нарушить принцип возрастания энтропии. А чтобы и вы могли убедиться в этом, я был бы очень признателен вам, если бы вы составили мне компанию. Смею уверить вас, что вам не угрожает никакая опасность.
При этих словах Мод почувствовала, как демон крепко взял ее под руку и все предметы вокруг словно сошли с ума. Стол, стулья и вся прочая обстановка столовой вдруг начали с чудовищной скоростью увеличиваться, и на ее глазах спинка кресла, выросшая до гигантских размеров, закрыла горизонт. Когда все вокруг постепенно успокоилось, Мод обнаружила, что плавает в воздухе, поддерживаемая своим необычным спутником. Какие-то туманные шары размером с теннисный мяч со свистом проносились мимо по всем направлениям. Демон Максвелла предусмотрительно предотвращал их от столкновения со всеми мало-мальски опасными предметами. Взглянув вниз, Мод увидела нечто вроде рыбацкой лодки, до самых уключин груженой трепыхающейся, блещущей серебром рыбой. Присмотревшись повнимательнее, Мод увидела, что это были не рыбы, а множество туманных шаров, вроде тех, что то и дело пролетали мимо, со свистом рассекая воздух. Демон, по-прежнему крепко держа ее под руку, влек ее за собой до тех пор, пока они не очутились в море какой-то зернистой жидкости, бесформенной и в то же время подвижной. Шары прямо-таки кипели у самой поверхности моря, а некоторых жидкость засасывала, и они скрывались в пучине. Время от времени некоторые шары всплывали к самой поверхности с такой скоростью, что отрывались от поверхности моря и взмывали в пространство. Другие шары прилетали откуда-то из пространства, врезались в жидкость и исчезали под тысячами других шаров. Вглядевшись в простиравшееся вокруг море, Мод увидела, что туманные шары в действительности были двух различных сортов. Большинство шаров напоминало по внешнему виду теннисные мячи, однако встречались и шары покрупнее. Они были более продолговатыми и по форме напоминали мячи для американского футбола. Все шары были полупрозрачными и имели сложную внутреннюю, структуру, которую Мод никак не удавалось разглядеть.
— Где мы? — произнесла Мод, задыхаясь. — Неужели так выглядит ад?
— Нет, — улыбнулся в ответ демон. — Все гораздо более прозаично. Просто мы с вами видим под очень большим увеличением крохотный участок поверхности жидкости в бокале, с помощью которого ваш муж довольно успешно пытается не уснуть, пока ваш батюшка разглагольствует о квазиэргодических системах. Все эти шары — молекулы. Те, что поменьше, — молекулы воды, те, что побольше, — молекулы спирта. Подсчитав, если угодно, пропорцию между теми и другими, вы сможете определить крепость напитка, который смешал себе ваш муж.
— Очень интересно! — заметила Мод как можно более строгим голосом. — А что это за штуковины плавают там вдали? Они напоминают пару резвящихся китов. Может быть, это какие-нибудь атомные киты?
Демон взглянул в том направлении, куда указывала Мод.
— Нет, это не киты, — заметил он. — Это крохотные кусочки подгоревшего ячменя — того самого ингредиента, который придает виски особый вкус и цвет. Каждый такой кусочек состоит из миллионов и миллионов сложных органических молекул, имеет сравнительно большие размеры и довольно тяжел. То, что они прыгают на поверхности жидкости, объясняется действием тех ударов, которые они получают от молекул воды и спирта, совершающих тепловое движение. Именно изучение таких частиц средних размеров, достаточно малых для того, чтобы ощущать движение молекул, и вместе с тем достаточно больших для того, чтобы их можно было наблюдать в сильный микроскоп, дало ученым первое прямое доказательство правильности основных положений кинетической теории газов. Измеряя интенсивность тарантеллы, исполняемой крохотными частицами, взвешенными в жидкости, — их броуновского движения, как обычно принято называть беспорядочное движение таких частиц, физики научились извлекать непосредственную информацию об энергии движения молекул.
Демон снова повлек за собой Мод. Они неслись по воздуху до тех пор, пока перед ними не возникла гигантская стена, сложенная из бесчисленных молекул воды. Молекулы были подогнаны друг к другу точно и плотно, как кирпичи.
— Какое поразительное зрелище! — вскричала Мод. — Какой прекрасный фон для портрета, который я сейчас рисую! Кстати, а что это за здание?
— Перед вами фрагмент кристалла льда, один из многих кристалликов, образующих кубик льда в стакане вашего мужа, — сказал демон. — А теперь, прошу прощения, самое время начать придуманный мной розыгрыш и подшутить над старым самоуверенным профессором.
С этими словами демон оставил Мод на ребре кристалла льда, наподобие альпиниста, взгромоздившегося на горный хребет, и приступил к работе. Вооружившись инструментом наподобие теннисной ракетки, демон принялся отбивать пролетавшие мимо молекулы. Быстро перемещаясь с места на место, он поспевал вовремя, чтобы отбить упрямую молекулу, упорно продолжавшую двигаться в неправильном направлении. Несмотря на опасность своего положения Мод не могла не восхищаться проворством и ловкостью демона и даже подбадривала его возгласами, когда ему удавалось отбить особенно быструю и трудную молекулу. По сравнению с тем, что вытворял демон, самые знаменитые чемпионы по теннису выглядели жалкими, безнадежно неуклюжими увальнями. Не прошло и нескольких минут, как результаты работы Демона стали заметны. Теперь, хотя часть поверхности жидкости была покрыта очень медленно движущимися спокойными молекулами, другая часть поверхности, расположенная прямо у Мод под ногами, кишела молекулами, яростно сновавшими по всем направлениям. Число молекул, покидавших поверхность в процессе испарения. быстро нарастало. Молекулы покидали жидкость большими группами по тысяче молекул и более, прорываясь сквозь поверхность жидкости в виде больших пузырей. Вскоре облако пара скрыло от Мод все и лишь время от времени она могла различить разящие взмахи ракетки и фалды фрака, в который был облачен демон, среди беснующихся молекул. Наконец, молекулы на том фрагменте льда, на котором она восседала, поддались, и Мод стала падать сквозь тяжелые облака пара, расстилавшиеся под ней…
Когда облака рассеялись, Мод обнаружила, что сидит в том самом кресле, в котором сидела перед тем, как выйти в столовую.
— Святая энтропия! — воскликнул вдруг отец Мод, глядя на высокий бокал, стоявший перед мистером Томпкинсом. — Да ведь жидкость кипит!
Действительно, жидкость в бокале покрылась лопающимися пузырями, и к потолку над бокалом медленно поднималась тонкое облачко пара. Было странно, однако, что напиток в стакане кипел лишь на сравнительно малом участке вокруг кубика льда. Весь остальной напиток был совершенно холодным.
— Нет, вы только подумайте! — продолжал профессор севшим от волнения дрожащим голосом. — Я рассказываю вам о статистических флуктуациях в возрастании энтропии, и, пожалуйста, такая флуктуация перед нами! В результате невероятного стечения обстоятельств впервые с сотворения Земли более быстрые молекулы случайно собрались на одном участке поверхности жидкости, и жидкость сама собой закипела! В ближайшие миллиарды лет мы с вами останемся единственными людьми, которым посчастливилось видеть это необычайное явление.
Профессор не отрывал глаз от напитка, который теперь медленно остывал.
— Какая удача! — вздохнул он с счастливой улыбкой. — Какое необыкновенное везение!
Мод улыбнулась, но ничего не сказала. Зачем ей было спорить с отцом, если на этот раз она точно знала, что истинная причина явления была известна ей лучше, чем ему.
Глава 10
Веселое племя электронов
Через несколько дней, заканчивая обед, мистер Томпкинс вспомнил, что вечером должна состояться лекция профессора о строении атома, которую он обещал посетить. Но маловразумительными объяснениями своего тестя мистер Томпкинс был сыт по горло, и поэтому решил пропустить лекцию и скоротать вечерок дома. Но когда он устраивался поудобнее в своем кресле, мечтая почитать интересную книгу, Мод отрезала этот путь к отступлению: взглянув на часы, она заявила мягко, но тоном, не допускающим возражений, что мистеру Томпкинсу пора отправляться на лекцию. И через каких-нибудь полчаса мистер Томпкинс сидел на жесткой деревянной скамье вместе с толпой гораздо более молодых студентов.
— Леди и джентльмены, — начал профессор, строго глядя на слушателей поверх очков, — на прошлой лекции я обещал вам подробнее рассказать о внутреннем строении атома и объяснить, каким образом те или иные конкретные особенности его строения обуславливают различные физические и химические свойства атома. Вы, конечно, знаете, что атомы не рассматриваются более как элементарные неделимые составные части материи и что эта роль ныне перешла к гораздо меньшим частицам — электронам, протонам и т. д.
Представление об элементарных составляющих материи как о последней ступени в делимости материальных тел восходит к древнегреческому философу Демокриту, жившему в IV веке до н. э. Размышляя о скрытой природе вещей, Демокрит пришел к проблеме строения материи и столкнулся с вопросом о том, может или не может существовать бесконечно малая порция материи. Поскольку в ту далекую эпоху любую проблему имели обыкновение решать лишь одним-единственным способом — с помощью чистого мышления и к тому же вопрос в то время находился далеко за рамками возможностей решения его экспериментальными методами, Демокрит в поисках правильного ответа опустился в глубины собственного разума. Исходя из некоторых довольно смутных философских соображений, он в конце концов пришел к выводу о том, что «немыслимо», чтобы материя безгранично делилась на все более и более мелкие порции, и что поэтому необходимо принять предположение о существовании «наименьших частиц, которые не допускают дальнейшего деления». Такие частицы Демокрит назвал атомами, что, как вы, возможно, знаете, означает по-гречески «неделимые».
Я отнюдь не хочу приуменьшать величие вклада Демокрита в развитие естественных наук, однако справедливости ради хотел бы обратить ваше внимание на то, что наряду с Демокритом и его последователями в древнегреческой философии существовала и другая школа, приверженцы которой считали, что процесс деления неограниченно продолжаем . Поэтому независимо от того, какой ответ на этот вопрос даст в будущем точное естествознание, древнегреческой философии обеспечено почетное место в истории физики. Во времена Демокрита и даже много столетий спустя существование таких неделимых порций материи рассматривалось как чисто философская гипотеза, и только в XIX веке ученые решили, что им, наконец, удалось обнаружить те неделимые кирпичики материи, существование которых было предсказано древнегреческими философами за две тысячи лет до разыгравшихся событий.
В 1808 г. английский химик Джон Дальтон установил так называемый закон кратных отношений. Он показал, что…
Почти с самого начала лекции мистера Томпкинса неудержимо клонило в сон. Ему очень хотелось сомкнуть глаза и, пребывая в приятной дремоте, досидеть до конца лекции, но мешала лишь суровая жесткость университетской скамьи. Но открытый Дальтоном закон кратных отношений оказался последней соломинкой, переломившей спину верблюду, и в притихшей аудитории вскоре можно было отчетливо различить тонкое посвистывание, доносившееся из угла, где сидел мистер Томпкинс.
Когда мистер Томпкинс очнулся от сна, неудобство сидения на жесткой скамье сменилось приятным ощущением парения в воздухе. Открыв глаза, мистер Томпкинс с удивлением обнаружил, что мчится в пространстве с легкомысленно, как ему показалось, большой скоростью. Оглянувшись по сторонам, мистер Томпкинс увидел, что он не одинок в своем фантастическом путешествии. Неподалеку от него несколько расплывчатых смутных существ обращались вокруг большого тяжелого на вид объекта в центре хоровода. Это странные призрачные существа мчались парами, весело гоняясь друг за другом по круговым и эллиптическим траекториям. Внезапно мистер Томпкинс почувствовал себя очень одиноким, осознав, что лишь у него одного нет партнера.
— Почему я не взял с собой Мод? — тоскливо подумал мистер Томпкинс. — Мы бы чудесно провели время в этом хороводе.
Траектория, по которой двигался мистер Томпкинс, пролегала в стороне от траекторий остальных существ, охватывая их снаружи, и хотя мистеру Томпксинсу очень хотелось присоединиться к остальной компании, неприятное чувство постороннего удерживало и мешало ему сделать шаг навстречу веселым путешественникам. Однако когда одному из электронов (к тому времени мистер Томпкинс окончательно понял, что непостижимым и чудесным образом присоединился к сообществу электронов, населявших какой-то атом) случилось пролететь неподалеку от него по сильно вытянутой орбите, мистер Томпкинс решил пожаловаться на свои неудачи.
— Почему у меня нет партнера для игр и забав? — прокричал он вслед электрону.
— Потому, что это нечетный атом, а вы валентный электро-о-н, — донеслось в ответ. С этими словами электрон повернул и устремился в толпу пляшущих электронов.
— Валентные электроны живут в одиночку или находят себе компаньонов в других атомах, — пропищал высоким фальцетом другой электрон, проносясь мимо мистера Томпкинса.
«Если нужен компаньон,
Знайте: в хлоре ждет вас он», —
насмешливо пропел третий.
— Вижу, вы здесь новичок, сын мой, и очень одиноки, — раздался над мистером Томпкинсом дружеский голос, и, возведя глаза горе, наш герой увидел плотную фигуру монаха в коричневой сутане.
— Я отец Паулини, — продолжал монах, двигаясь по траектории вместе с мистером Томпкинсом, — и моя миссия в этой жизни состоит в том, чтобы наблюдать за моралью и социальным поведением электронов в атомах и повсюду. Мой долг — следить за тем, чтобы все эти беззаботные и игривые электроны были надлежащим образом распределены по различным квантовым кельям этого прекрасного атомного строения, воздвигнутого нашим великим архитектором Нильсом Бором. Дабы поддерживать порядок и сохранять свойства, я никогда не разрешаю находиться на одной и той же траектории более чем двум электронам. Стоит им собраться втроем, как хлопот не оберешься. Поэтому электроны всегда сгруппированы в пары с противоположным «спином», и если такая пара поселяется в келье, то третьему электрону не разрешается нарушать их покой. Это хорошее правило, и я могу добавить, что до сих пор ни один электрон не нарушил введеного мной распорядка.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21