Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд Страница 38

Как пластик лечит себя

Как неприятно, если кто-то поцарапает вашу машину на улице! Как было бы замечательно, если бы машина сама понимала, что с ней случилось, немедленно отправлялась в автосервис и автоматически перекрашивалась еще до того, как вы к ней вернетесь. Пока это только мечты. Но что-то подобное уже существует: самовосстанавливающаяся краска. Большинство современных красок – по сути, пластмассы (полимеры акрила, к которым добавлены разные пигменты), которые распыляются тонким слоем по защищаемым поверхностям вроде дерева или металла. Исследователи и специалисты уже разработали краски со встроенным механизмом самовосстановления, который срабатывает при малейшем ущербе для красочного слоя. Такие вещества называются самовосстанавливающимися материалами.

Как они работают? В составе синтетической краски обычно присутствуют микрокапсулы клея и катализатор (вещество, ускоряющее химическую реакцию). Когда красочное покрытие нарушается (возникает царапина или отслаивание), микрокапсулы раскрываются, из них вытекает клей, а с помощью катализатора происходит химическая реакция, в результате которой повреждение краски быстро устраняется. Другие подобные краски включают микроскопические трубочки (похожие на капилляры), которые подсоединены к некоему микрорезервуару, заполненному клеем. Когда покрытие трескается, резервуар раскрывается и по микротрубкам подводит защитное химическое вещество в место «аварии».

Легко себе представить, как самовосстанавливающиеся краски «ремонтируют» небольшие царапины и повреждения на покрытии. А как быть с более солидным ущербом? Американское агентство NASA разрабатывает материалы, которые могут самостоятельно восстанавливать ущерб, наносимый фюзеляжу боевого самолета пулями или космическому кораблю – мелкими метеоритами. Когда пуля попадает в пластическое покрытие фюзеляжа самолета, выделяется столь значительная энергия, что она разогревает материал до жидкообразного состояния. Эта масса пропускает пулю, а затем закрывает и «запечатывает» отверстие. В лабораториях NASA испытаны материалы, которые могут «запечатывать» отверстия, оставляемые на корпусах космических кораблей микрометеоритами, летящими со скоростью 18 000 км/ч, в 20 раз быстрее Boeing-747 [139].

Из этой главы вы узнаете…

Почему вы можете получить свет из песчинки, но не из бороды шотландца.

Чем свеча опаснее вулкана и сколько нужно светлячков, чтобы светить вам с силой свечи.

Сколько частиц света испускает в секунду факел.

Почему вы можете видеть отражение своего лица в своих ботинках.

У вас никогда не возникало чувства, что даже наедине с собой вы не одиноки? Оторвите на секунду взгляд от страницы и рассмотрите комнату, в которой находитесь. Что вы видите? Диван, компьютер, книги, растения, винные бокалы, детские игрушки и вещи, разбросанные там и сям? И тем не менее, как это ни удивительно, вы не видите ничего. Потому что на самом деле вы видите только свет. И еще более удивительно то, что, хотя вы можете видеть только свет, его-то вы и не распознаете. Как он выглядит? Где находится? Посмотрите вокруг себя еще внимательнее, и вы заметите, что, например, в космосе света нет. Можно сказать, что космос – это пустота, самое темное из всего, что можно себе представить.

Свет всегда был загадкой. Он легкий и манящий, как бабочка. И многие думали, что они эту бабочку поймали. Исаак Ньютон, блестящий, но угрюмый английский ученый, с которым мы встречались в главе 1, к 1704 году понял многое из того, что мы знаем сегодня о свете [140]. Тогда он опубликовал очень смелый и подробный труд о природе света, который назвал «Оптика» (Opticks). Многие из его умозаключений справедливы и поныне, включая его поразительное для того времени открытие, что белый свет можно разделить на семь цветов радуги, а также его интуитивную веру в то, что свет состоит из микроскопических частиц (корпускул), попадающих на сетчатку нашего глаза [141]. Современники Ньютона, особенно англичанин Роберт Гук и голландец Кристиан Гюйгенс, напротив, утверждали, что природу света гораздо легче объяснить с точки зрения волн, проходящих через пустоту. Эти волны представлялись им слишком малыми для того, чтобы их можно было обнаружить глазом, но именно волновая теория позволяла, по их мнению, понять волшебство света. По сей день ученые (и, как вы узнаете из этой книги, ученые-популяризаторы) не выработали единых взглядов на природу света и описывают его и как волновое, и как корпускулярное явление [142].

Частицы света мы называем фотонами. Этот термин мы используем для описания всего, что происходит со светом у нас дома, начиная от глазка домофона и заканчивая солнечной панелью на крыше. Из того, как много мы говорим о фотонах, можно было бы сделать вывод о том, что мы давно решили все загадки света. Но здравый смысл подсказывает нам, что это не так. В начале XX века, когда многим физикам казалось, что им остается только связать кое-где концы с концами [143], Альберт Эйнштейн обнаружил пробелы в наших познаниях о природе. Его новая революционная теория относительности гарантировала многим поколениям физиков огромный объем работы на многие годы вперед. (Одна из центральных идей его теории – о том, что скорость света остается величиной постоянной, как бы вы ее ни измеряли, – порождает огромное количество загадок, начиная с того, что космические ракеты во время старта становятся тяжелее, и заканчивая тем, что идентичные близнецы могут стареть с разной скоростью.) Эйнштейн был достаточно уверен в себе, чтобы не бояться демонстрировать несовершенство собственного знания: «Каждый физик уверен в том, что знает, что именно представляет собой фотон. Я потратил всю свою жизнь на то, чтобы понять, чем же являются на самом деле фотоны, и до сих пор не понимаю, что это такое. Мы не знаем о свете очень многого, но кое-что все-таки знаем» [144].