.
В 1980 году Генрих Рорер и Герд Бинниг, работавшие в исследовательском центре компании IBM в Цюрихе, построили сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Подобно тому, как слепой человек может создать в уме изображение чьего-то лица, проведя по нему пальцем, СТМ строит картину микроскопического атомарного рельефа, передвигая по нему крошечный стилус и записывая все движения вверх и вниз. В компьютерных изображениях, созданных благодаря этой информации, атомы выглядят как крошечные футбольные мячики или как апельсины, уложенные в коробки… Фактически очень похоже на то, как представлял их себе Демокрит более двух тысяч лет назад.
За изобретение сканирующего туннельного микроскопа Рорер и Бинниг получили Нобелевскую премию по физике в 1986 году. Во времена Демокрита Нобелевских премий не вручали, но он, безусловно, заслуживает того, чтобы его включили в Книгу рекордов Гиннесса – за максимальный срок, прошедший между моментом, когда он выступил со своей идеей, и тем моментом, когда она наконец получила подтверждение.
В чем же суть нашего рассказа об атомах? А вот в чем: каждый раз, когда вы совершаете вдох, вы вбираете в себя очередную порцию воздуха – делаете «глоток воздуха». Сколько «глотков воздуха» нужно сложить вместе, чтобы получился объем, равный атмосфере Земли? Трудно сказать, но, очевидно, это число будет очень большим. Вместе с тем в одном глотке воздуха содержится больше атомов, чем в земной атмосфере – этих самых «глотков». И не исключено, что во время вдоха вместе с порцией вдыхаемого воздуха вами будут поглощены атомы, которые выдохнула в свое время Мэрилин Монро. Или Юлий Цезарь. Или тираннозавр рекс, последний представитель семейства гигантских ящеров, когда-то бродивших по просторам Земли.
12. Губка в скалеПочему во время прилива падает уровень воды в колодцах?
В делах людей прилив есть и отлив,
С приливом достигаем мы успеха.
Когда ж отлив наступит, лодка жизни
По отмелям несчастий волочится.
Знаете ли вы, что уровень воды в колодце падает во время морского прилива и поднимается во время отлива? Об этом впервые поведал примерно за 100 лет до н. э. древнегреческий философ Посидоний, который наблюдал это явление на атлантическом побережье Испании. Его собственные свидетельства считаются утерянными, но их пересказывает древнегреческий географ Страбон в серии книг «География»: «В [храме] Геракла в Гадесе [Кадисе] есть родник с водой, пригодной для питья. Всего несколько шагов ведут вниз к этому роднику, расположенному в гроте. Вода в роднике подчиняется закону, противоположному тому, который заставляет подниматься и опускаться морские воды: он убывает во время полной воды и наполняется во время малой воды».
Невероятно, но факт: необычное наблюдение Посидония в течение двух тысячелетий не могло найти своего объяснения. Только в 1940 году американский геофизик Хаим Лейб Пекерис смог объяснить это явление: Луна вызывает колебания уровня воды не только в океанах и морях, но и в утесах (точнее, приливы появляются в результате гравитационного воздействия как Луны, так и Солнца, причем приливы от Луны в два раза больше, чем от Солнца).
Как понял еще Исаак Ньютон, приливы и отливы возникают вследствие искажений формы Земли, вызванных тем, что Луна сильнее притягивает более близкие к ней части земного шара. Представьте, что в данный момент Луна находится непосредственно над океаном. Она притягивает к себе поверхностные воды немного сильнее, чем воды, находящиеся у морского дна. Из-за этой разницы в силах притяжения морские воды «вспучиваются» по направлению к Луне. Этот же эффект вызывает появление вторичной приливной волны на противоположной стороне земного шара. По мере вращения Земли каждая точка на ее поверхности испытывает серию из двух ежедневных приливов: уровень воды в морях и океанах регулярно поднимается и затем падает.
Но из-за притяжения Луны возникают также приливные вздутия и в твердой оболочке Земли. Конечно, это явление гораздо менее заметно – жесткие скальные породы труднее сдвинуть с места. Факт, наблюдавшийся Посидонием, можно объяснить следующим образом. Почва вокруг колодца часто бывает заболоченной. Ее строение напоминает влажную губку. Когда такая «губка» вытягивается вверх во время прилива, она высасывает воду из колодца, понижая его уровень; а когда она сминается и опадает вниз во время отлива, вода уходит обратно в колодец, и уровень воды в нем повышается.
В качестве современного примера приливов, происходящих внутри горных пород, можно привести прорытый возле Женевы подземный кольцевой туннель с длиной окружности в 26,7 километра, в котором сейчас размещается Большой адронный коллайдер (БАК). Внутри этого туннеля встречные пучки протонов разгоняются до скорости, составляющей 99,9999991 % скорости света, и сталкиваются друг с другом. В июле 2012 года с их помощью удалось получить легендарную частицу Хиггса, квант поля Хиггса, который снабжает массой все остальные элементарные частицы.
БАК размещается в том же туннеле, в котором раньше находился ускоритель, известный под именем «большой электрон-позитронный коллайдер» (БЭПК). В 1992 году физики, работающие на этом ускорителе, заметили странную вещь. Дважды в день им приходилось регулировать энергию циркулирующих в туннеле электронов и позитронов, чтобы удержать их в туннеле. Складывалось впечатление, что длина окружности туннеля менялась дважды в день на 1 мм. Поломав головы, физики сообразили, почему это происходит: скальные породы, в которых прорыт туннель, растягивались и снова сжимались под действием притяжения Луны!
И Солнце, и Луна повышают уровень воды в мировом океане, при этом влияние Луны в два раза превосходит солнечное.
13. Жесткий контактДинозавры увидели падающий на них астероид за 10 секунд до своей гибели
Динозавры вымерли потому, что у них не было своей космической программы.
Астероид, который налетел на Землю 66 миллионов лет назад и истребил царствующих на ней в то время динозавров, не отличался слишком большими размерами, если судить по масштабам этого типа небесных объектов – он был всего лишь размером с город. Скорее всего, он был черным как смоль[50]. До того как он врезался в атмосферу, ничто не предвещало его приближения, и только когда он раскалился докрасна при трении о воздух в верхних атмосферных слоях, он стал виден с поверхности Земли. Если скорость его падения составляла, к примеру, 17 километров в секунду, ему понадобилось менее 10 секунд, чтобы достичь поверхности нашей планеты. Именно столько времени было у динозавров, чтобы попробовать спастись.
Падения небесных тел на Землю происходят сравнительно часто. В 1908 году тело размером порядка 30 метров взорвалось на высоте 5 километров над сибирской рекой Подкаменная Тунгуска в России. Этот взрыв по мощности в 1000 раз превосходил бомбу, уничтожившую Хиросиму. Он сровнял с землей 2000 квадратных километров леса. Совсем недавно, в 2013 году, еще одно небесное тело распалось над Челябинском. Мощность взрыва, по некоторым оценкам, была эквивалентна водородной бомбе в 7 мегатонн[51]. К счастью, такие «пришествия» случаются не слишком часто – примерно раз в столетие. Тела размером с километр в поперечнике падают на Землю еще реже, не чаще чем один раз за пятьсот тысяч лет. И уж совсем редко можно ожидать столкновений Земли с астероидами такого типа, который уничтожил динозавров: вряд ли такие события случаются чаще, чем раз в 100 миллионов лет.
Первое свидетельство о том, что 66 миллионов лет назад произошло катастрофическое падение астероида на Землю, было получено группой ученых под руководством американского физика Луиса Альвареса. В 1980 году ученые сообщили о сделанном ими открытии: в разных местах земного шара в пластах грунта, возраст которых составлял 66 миллионов лет, они обнаружили довольно значительное содержание иридия[52]. Этот элемент не характерен для Земли, он чаще встречается в телах внеземного происхождения, таких как метеориты. Альварес с коллегами сочли свою находку достаточно убедительным аргументом в пользу гипотезы о том, что именно астероид послужил причиной вымирания доисторических динозавров.
Позднее на полуострове Юкатан в Центральной Америке был найден полузатопленный кратер с диаметром 180 км. Исследование структуры частиц грунта, изъятых из этого кратера, подтвердило гипотезу о том, что примерно 66 миллионов лет назад действительно имело место падение астероида.
Но не все загадки еще разрешены. За миллионы лет до финальной катастрофы динозавры уже испытывали значительные трудности. Возможно, это было связано с трапповыми извержениями (когда нет четкого кратера и лава изливается из многочисленных трещин) в крупной магматической провинции на плато Декан в Индии. Лавовые потоки распространились по площади примерно 500 000 квадратных километров и местами образовали покровы до 2 километров глубиной. Сернистый газ, вырабатываемый в результате извержений и выбрасываемый в атмосферу, отражал солнечный свет в безвоздушное пространство. Планета охлаждалась, постепенно нарушая экосистему, в которой жили динозавры. Вероятнее всего, эволюция этого биологического вида и так постепенно подходила к концу, и удар Чиксулубского метеорита просто ускорил развязку.
Мрак средь бела дня: астероид, удар которого о Землю 66 миллионов лет назад привел к образованию кратера Чиксулуб, воспламенил залежи ископаемого топлива, и днем из-за дыма стало темно, как ночью.
Интересно, что, хотя большинство видов динозавров вымерли – за исключением той их линии, которая привела к появлению современных птиц, – выжили также земноводные, которые обычно очень чувствительны к ухудшению в состоянии окружающей среды