• Шаващи атоми

    Ричард Файнман

    Настоящият текст е транскрипция на два откъса от предаването „Удоволствията на въображението”, излъчено по BBC през 1983г. Можете да видите откъсите на английски тук и тук.

    Свали txt.

    Интересното е че на някои хора науката им се отдава с лекота, а други я намират за скучна и трудна – особено явно е при децата. И не зная защо е така. Може би с всички учебни предмети е така; много хора обичат музиката, а аз например не мога една песен да изпея правилно. Пропускам нещо, което би ми донесло огромно удоволствие, и мисля, че по същия начин хората, на които науката им е скучна, пропускат огромно удоволствие.

    Мисля, че едно от нещата, които правят науката трудна, е че тя изисква много въображение. Трудно е да си представиш всички тези шантави неща, които са всъщност нещата в природата.

    Нищо не е това, което изглежда на пръв поглед – ние сме свикнали със студеното и топлото, а студът и топлината са просто различната бързина, с която атомите шават. Ако шават повече – то имаме нещо по-топло; а по-студеното означава, че атомите шават по-малко. Така, ако имаме чаша кафе на масата, или нещо такова, и атомите в кафето са се разшавали здраво, те се удрят в чашата, и чашата се раздвижва и атомите в чашата започват да се мятат и рикошират в чинийката под нея, и топлината затопля чашата, а после затопля и всичко останало. Топлото кафе предава топлината си на другите неща чрез допир, защото атомите, които шават много в топлото кафе раздвижват и тези, които шават по-малко в студената чаша. Така казваме, че топлината отива в по-студените неща – разпространява се. Но единственото, което се разпространява е това шаване, тези неравномерни движения – не е трудно за схващане.

    Тук изниква още нещо интересно – казах, че нещата шават, тресат се, и ако сте виждали топка, която отскача от нещо, знаете, че тя се движи все по-бавно и след известно време спира. Но трябва да си представим, че атомите притежават съвършена еластичност – те не губят енергия. Всеки път щом рикошират, те просто продължават да рикошират през цялото време; те не губят нищо – те се движат вечно. А това, което се случва, когато казваме, че нещо губи енергията си – ако една топка падне на пода и отскочи, тя задвижва неравномерно някои от атомите по пода; когато пак отскочи нагоре, тя оставя някои от атомите на пода в движение, разшавва ги. Така че когато отскача, топката предава излишните си енергии – излишните си движения – на малки участъци от пода, всеки път когато го удари, губи по малко, докато не се спре на едно място – така казваме, все едно че всяко движение е спряло. Обаче подът вече се тресе повече, отколкото преди, и атомите в самата топка шават повече от преди. Организираното движение на всички тези атоми, движещи се в една посока, падайки към пода, и спокойният под са се трансформирали в топка, спряла на пода. Но цялото това движение е все още там в някаква форма – всичката енергия на движението – във формата на шаващ под, който леко се е позатоплил. Не е ли това невероятно? Но всеки, който е използвал чук за по-дълго време, знае, че е вярно – ако набиваш с чук нещо за по-продължително време, можеш да усетиш, че температурата му се променя. Нещото се затопля. Затопля се, защото атомите са се разшавали.

    Тази представа за атомите е много красива и човек може на много неща да погледне по този начин. Погледнете капка вода – мъничка капка вода – атомите се привличат, те обичат да се гъчкат, искат да имат колкото се може повече партньори. Сега, пичовете, които са по повърхността имат партньори само от едната страна, а от другата страна е въздух, и затова те се опитват да влязат по-навътре. И можете да си представите тази гъчканица от хора – гъмжи – всички се движат много бързо, всички искат да влязат навътре, да имат колкото се може повече партньори. И тези по краищата са много нещастни и изнервени и непрекъснато бутат навътре, опитвайки се да се промъкнат – това образува стегната сфера вместо плоска форма и това е, знаете, повърхностно напрежение – когато осъзнаеш как капката вода стои така на масата, започваш да си представяш защо така стои – ами защото всички искат да влязат във водата. И докато това се случва, има атоми, които се отделят от повърхността и капката бавно изчезва.

    Аз непрекъснато си въобразявам такива неща и ми доставя невероятно удоволствие, точно както бегачът изпитва удоволствие да се поти. Доставя ми удоволствие да мисля за тези неща. Не мога да спра. Мога да говоря с часове. Изстудявате водата, така че атомите шават все по-малко и все по-бавно и тогава те се наместват – те обичат да висят с приятелите си, има сила на привличане. И после се нареждат нагъсто; не се търкалят едни през други, наредили са се в строен ред, като портокали в щайга, в хубави стройни редички. Сега те се тресат на място, но движението им не е достатъчно силно, за да ги изтръгне от мястото им и да развали структурата. И това, което описвам, е твърдо състояние – лед – има структура. Ако държиш атомите от едната страна в дадена позиция, всички други ще се наредят нататък и така се получава твърдо тяло. Докато ако ги затоплиш и те започнат да рикошират по-силно, тогава те просто отскачат едни от други, отскубват се и се превръщат в единични – казвам “атоми”, но всъщност са групички от атоми, молекули – които политат и се удрят, и макар че имат тенденцията да се закачат едни за други, те се движат прекалено бързо – не успяват да се хванат за ръка, така да се каже, докато се разминават – и се разпръскват. Този газ наричаме пара.

    Така можеш да разбереш много неща – когато бях дете – с въздуха, който толкова ме интригуваше – забелязах, че когато си помпам гумите на колелото (много неща можеш да научиш, ако имаш колело), помпаш гумите и помпата се затопля. Разбираш, че когато дръжката на помпата се спуска надолу, атомите се качват срещу нея и отскачат от буталото и се връщат навътре. Онези атоми, които излизат са с по-голяма бързина от тези, които се връщат, така че като се спуска буталото, те се удрят в него, то ги забързва и те се затоплят. Когато компресираш газ, газът се затопля. А когато издърпаш буталото нагоре, атомите, които се движат по-бързо усещат отдръпване от буталото, нещо поддава – поддава и излиза с по-малко енергия. Като се хвърлиш срещу нещо меко и податливо, бум бум и хоп, то пада. Така че като дърпаш буталото и атомите се удрят, те губят бързината си и се охлаждат, газовете се охлаждат като се разширяват. Забавно е че всички тези неща, които забелязваш около себе си – че помпата затопля газа и това дали газът се разширява и става по-студен, че парата се изпарява, освен ако не я захлупиш с нещо, всички тези неща – може да ги схванеш с тези прости въображаеми картинки.

    Това е удоволствие за ума. Не искам да взимам тези работи много насериозно. Мисля, че трябва просто с кеф да си представяме тези неща и да не се притесняваме за нищо – когато накрая ви задам някакви въпроси, не съм учител.

     

    picasso constellationПабло Пикасо, Съзвездия, 1924г. 

    Атомите се харесват едни други в различна степен. Например кислородът във въздуха много обича да е до въглерода и ако се окажат близо, двата атома просто се хващат и се слепват един за друг. Ако обаче не са достатъчно близко, те се отблъскват и се отдалечават, не знаят, че могат да се съберат. Все едно имаш топка и се опитваш да я изтърколиш нагоре по някакъв хълм, а отгоре на хълма има дупка, в която топката да влезе, като вулкан, дълбока дупка. Топката се търкулва, не стига до дълбоката дупка, защото ако започне да се качва по хълма, после се търкулва отново надолу. Обаче ако я засилиш достатъчно, ще падне в дупката.

    И така, ако сложите заедно например дървена цепеница и кислород, в цепеницата има въглерод от дървото, и кислородът идва и се удря в него, във въглерода, но не достатъчно силно – просто се отдалечава пак, въздухът постоянно идва, нищо не се случва.
    Ако го задвижите по-бързо, като го затоплите някак, така че да тръгне, някои от атомите съвсем се разгорещяват, така да се каже, доближават се достатъчно до въглерода и се захващат, хоп – това създава много шаване сред атомите, което стига и до други атоми и те се задвижват по-бързо, дотолкова, че да се качат на хълма и да се сблъскат с въглеродните атоми, които също започват да мърдат оживено и предават движението нататък; и се отприщва едно ужасно бедствие – едно след друго тези неща се задвижват все по-бързо и все по-бързо и се блъскат и се скачат едни за други и цялото нещо се променя. Това бедствие е огънят.

    Това е просто един възможен начин да виждаш нещата, а те се случват постоянно. Веднъж като тръгнат, те просто продължават. Топлината кара други атоми, способни да стигнат до върха на хълма, да произвеждат още топлина, която кара други атоми да се задвижат и така нататък. Това ужасно скачане на атомите произвежда много движение, и ако сложа, при цялото това вълнение на атомите там, ако сложа чаша кафе над цепеницата, където това се случва, тя ще създаде още по-голямо шаване. Ето това е топлината на огъня. А после, разбира се, виждате ли, когато започне, то се случва и може да продължи безкрайно.

    Чудим се откъде, как всичко започва. Защо цепеницата си е стояла с кислорода през цялото това време и нищо не се е случило по-рано? Откъде се получи това? Как? Е, цепеницата идва от дървото. А съдържанието на дървото е въглерод – той откъде идва? Идва от въздуха, въглероден двуокис от въздуха. Хората гледат дърветата и си мислят, че дърветата идват от земята. Растенията растат от земята. Но ако се запитаме откъде идва съдържанието? Откриваме откъде идва, значи дърветата растат от въздуха? Ама не растат ли от … – не, растат от въздуха.

    Въглеродният двуокис от въздуха отива в дървото и това го променя – кислородът бива изхвърлен навън, отделя се от въглерода и въглеродът остава с водата. Водата идва от земята, нали – ама как е влязла там? От въздуха, от небето. Така че по-голямата част на дървото, почти цялото дърво расте от въздуха. Има малко от земята, някои минерали и т.н.
    Споменах кислорода и ви казах, че знаем, че кислородът и въглеродът се свързват, много здраво. Как дървото е толкова умно, че да се справи с това – да вземе въглеродния двуокис, който е въглерод и кислород в хубава комбинация, и да развали връзката им толкова лесно? А, животът! Животът има някаква мистериозна сила.

    Не. Слънцето свети. И тази светлина се спуска от слънцето и удря кислорода, разделяйки го от въглерода. Така че растенията имат нужда от слънчева светлина, за да функционират. И така слънцето през цялото време върши тази работа – да разделя кислорода от въглерода, кислородът е някакъв ужасен остатъчен продукт, който дървото изхвърля обратно във въздуха и остава само въглеродът и водата и други работи, които съставляват самото дърво. После вземаме тази материя, която е дървото, и я пъхаме в камината. Всичкият кислород, изработен от тези дървета, и всичкият въглерод много повече предпочитат да се съберат отново заедно.

    Веднъж щом дадеш достатъчно топлина, за да потръгне, огънят продължава и ужасно много неща се случват, докато двете отново се събират – хубаво святка и всичко излиза и всичко се разтуря; въглерод и кислород се превръщат отново във въглероден двуокис; и светлината и топлината, които излизат – това са светлината и топлината на слънцето, което е влязло. Така че това е складирано слънце, което излиза, когато гориш дърва.

    Следващият въпрос: как така слънцето толкова шава и то, защо е толкова горещо? Е, трябва да се спра все някъде – оставям го на вашето въображение.

    Превод от английски Олга Николова.

     

    Обратно към съдържанието на броя.

    Прочети “Да пишем за природата” на Тед Хюз.

    Прочети “О свят, о свят!” на Олга Николова.