Среднестатистически человек может кардинально поменять свою судьбу 7 раз за день

И последняя оговорка, кому-то название поста может показаться слишком громким, но я постараюсь действительно рассказать о материале книге про физику понятным языком и после прочтения вы действительно в каком то роде поймете физику, хоть и не всю. Друзья и еще сразу - книги НУЖНО ЧИТАТЬ. То что я сегодня дам - всего лишь выжимка основных мыслей, а в первоисточнике гораздо больше информации, примеров и личного опыта автора. И теперь начнем.

В прошлый раз мы остановились на восьмой главе, она посвящена магнетизму. Вообще магниты для многих нас просто забавная вещица, силу которой можно почувствовать, особенно если поиграться сразу с несколькими из них. На самом деле все это возможно из-за особых свойств магнитов: у них у всех есть магнитное поле, с помощью которого они взаимодействуют с другими магнитными полями, а следовательно и магнитами. У каждого магнита есть два полюса, северный и южный, синий и красный как их часто обозначают цветами, или же отрицательный и положительный. Именно от них появляются магнитные поля - то есть какая то область вокруг магнита, которая взаимодействует с окружающими объектами. Поля образуются по следующему принципу: от северного полюса к южному. В общем автор говорит что магнитное поле есть и у Земли, про то что существуют такая субстанция как жидкие магниты и про то, что люди используют этот эффект уже очень давно, например в тех же компасах.

Для Пикабу расскажу чуть подробнее о жидких магнитах. Во-первых, если у вас все в порядке с английским и желанием читать, то можно прочитать хорошую статейку вот тут. Вкратце же скажу что жидкие магниты - это ферромагнитные жидкости, которые состоят из наночастиц магнетита, гематита или другого материала, содержащего железо. Однако еще совсем недавно все таки вещества в отсутствие магнитного поля не сохраняли так называемой остаточной намагниченности, в то время как твердотельные магниты отлично прилипали к металлическим поверхностям, и им для этого внешнее магнитное поле не требовалось. Однако совсем недавно такие вещества были получены химическим путем и возможно теперь жидкие магниты найдут свое применение в некоторых отраслях. Ниже картинка как жидкий магнит реагирует на твердотельный, находящийся за разделительным стеклом.

Однако как бы давно человечество не использовало магниты, природа уже давно опередила нас. Профессор Уолтер Левин пишет:

На самом деле природа еще более гениальна и изобретательна, чем человек. И сегодня нам известно, что в телах мигрирующих птиц имеются крошечные кусочки магнетита, которые они, по-видимому, используют в качестве внутренних компасов, помогающих им не отклоняться от маршрута миграции. Ряд биологов даже считает, что магнитное поле Земли стимулирует оптические центры некоторых птиц и других животных, например саламандр, то есть в определенном смысле эти животные способны «видеть» магнитное поле Земли.

Именно из-за того что наша планета по сути и является гигантским магнитом, то есть у нее есть  магнитные поля вокруг, исходящие от северного полюса к южному. Именно поэтому мы можем видеть такой эффект как северное сияние. Как же это связано? Все дело в том что Солнце испускает огромный поток частиц в направлении нашей планеты и именно магнитное поле Земли воздействует на эти частицы и направляет существенную часть к атмосфере на магнитных полюсах. Частицы движутся очень быстро, ну где-то 400 километров в секунду и с такой скоростью сталкиваются с частицами воздуха и в результате частицы нашего воздуха высвобождают энергию в виде света. Поэтому мы видим Северное сияние на северном полушарии, а те редкие люди которые живут возле южного полюса - южное сияние, а видим их только на крайнем севере или юге как я и сказал потому что именно там магнитное поле самое сильное и выходит что там проходит больше частиц и мы видим больше появляющегося света. Покажу вам северное сияние в Исландии на картинке ниже.

В седьмой главе про электричество мы говорили о нем и разбирались как оно работает. Однако сейчас мы еще немного вернемся к этой теме так как электричество и магнетизм действительно сильно связаны между собой. Еще в 1820 году ученый Ганс Христиан Эрстед заметил что электрический ток, протекающий по проводу влияет на стрелку лежащего рядом компаса, поворачивая её по направлению к проводу и как только он отключал ток, так стрелка сразу возвращалась в нормальное состояние. В результате и был сделан вывод что электрический ток создает магнитное поле что в свое время спровоцировало настоящий бум в области исследования электричества.

А уже в 1831 году Майкл Фарадей обнаружил что когда он проносит магнит через моток проволоки, то в мотке возникает электрический ток, то есть по сути ученый сделал обратное. И поначалу даже никто не понял насколько это важное открытие, и когда Фарадея спросил один известный политик: "А имеет ли ваше открытие хоть какое-нибудь практическое применение?", тот ответил: "Сэр, я пока не знаю. Но в одном я абсолютно уверен: в один прекрасный день вы непременно обложите его налогом". И ведь правда: в наше время все работает благодаря этому - телефоны, телевизоры, компьютеры. Ведь как работают генераторы, которые получают электричество? Барабанная дробь... Да, на самом базовом уровне там механизмы, которые перемещают медные катушки черед магнитные поля и получают ток. По сути ведь ничего не изменилось, это лишь делается не вручную.

И еще немного про электрический ток: он есть постоянный и переменный. В прошлый раз я рассказывал про устройство электрической розетки, говоря что ток течет из одной дырочки в другую. И на самом деле все немного сложнее, так как если бы ток в розетке был постоянным, то сколько бы времени не прошло, то ток тек бы из дырочки 1 в дырочку 2. В наших же розетках всегда идет переменный ток и это значит что 50 раз в секунду это правило меняется и ток будет постоянно менять направление: от дырки 1 в дырку 2 и от дырки 2 в дырку 1. И в конце 19 века развернулась целая война токов, в которой Эдисон и Тесла убеждали людей какой же ток имеет больше преимуществ. Эдисон - за постоянный ток, Тесла - за переменный, а история этого противостояния была очень интересной, но о ней в другой раз. В результате в наше время повсеместно используется переменный, так как у него гораздо больше преимуществ по сравнению с постоянным, а в случае каких то отдельных задач из него можно также сделать и постоянный ток - с помощью выпрямителей тока.

Начну девятую главу про энергию с того же, с чего начал сам профессор: с интересного эксперимента, показывающего что энергия не может просто так взяться из ниоткуда. Прикреплю картинку этого эксперимента из одной из его лекций, а заодно на ней можно увидеть самого профессора и его книгу.

В чем демонстрация профессора: он находится в аудитории где по ее центру подвешено на прочной нити тяжелое круглое тело, шар если угодно. Теперь он берет это шар в руки и подходит к краю комнаты. Располагает шар у подбородка и без опаски отпускает его. Шар летит к другому концу аудитории, а затем возвращается к профессору. Он летит летит на огромной скорости, профессор зажмуривается и... ничего. Шар доходит почти до подбородка профессора, а затем снова возвращается к другой стене. Все дело в том, что у висящего шара не может просто так взяться и появиться энергия из ниоткуда, которая позволит ему пролететь чуть дальше и травмировать профессора. В этом и есть круговорот энергии в природе: энергия не берется из ниоткуда и не исчезает никуда, а мы живем в ее постоянном круговороте. То есть например когда мы зажигаем костер, то мы просто превращаем химическую энергию древесины в тепло и углекислый газ. Когда вы едете на велосипеде, то сила толкающая педали зарождается как химическая энергия вашего завтрака, которая была переработана вашим телом в другую форму и использована мышцами, чтобы вы могли толкать педали.

Хорошо, с этим разобрались, но есть преобразования энергии, которые уже не так просто заметить и сейчас речь пойдет о гравитационной потенциальной энергии. Вот стоит книжка на полке и это неподвижный объект и мы не думаем о ней как о чем то, имеющем энергию, но в том то и дело что она тут есть и она, у этой вроде бы маленькой книжки совершенно немаленькая. В чем же дело? Мы знаем что сила тяжести всегда стремится притянуть объекты к центру земли и каждый объект, который будет падать с некоторой высоты будет набрать скорость - приобретать так называемую кинетическую энергию. Но мы уже знаем, что энергия не может появиться из ниоткуда и поэтому приобретение энергии возможно так как в это же время падающий объект теряет потенциальную энергию, ровно в том же количестве что и приобретает кинетическую. Возьмите книгу с полки пониже и поднимите ее в руке наверх. Да, вот таким простым действием вы только что увеличили потенциальную энергию книги, а взамен потратили свою энергию тела.

Энергия измеряется в джоулях. Человек в день затрачивает около 10 миллионов джоулей каждый день, излучая эту энергию в виде тепла, ну или же чуть более чем 2 миллиона калорий, просто одна калория равна 4 с небольшим джоулей. И вот мы знаем что человеку нужно употреблять где то в среднем, повторюсь, в среднем 2000 килокалорий в день, то есть как раз таки 2 миллиона. И именно из калорий вырастает ваша фигура, потому что если вы потребляете слишком много энергии, то даже с помощью простой математики будет видно, что за это придется расплачиваться лишним весом.

А что насчет физической активности человека в течении дня? Вот я такой молодец, убираюсь дома, прыгаю со шваброй и тряпкой и очень-очень устаю, наверное я трачу немало энергии и могу не бояться набрать лишнего веса? На самом деле если вы так думали, то вас ждет неприятный сюрприз, потому что та деятельность, которой вы занимаетесь ежедневно тратит ничтожно мало энергии и если вы собираетесь худеть с помощью активной уборки - то у вас ничего не выйдет. Немного слов автора на этот счет:

Предположим, чтобы подняться на третий этаж, где находится ваш кабинет, вы предпочитаете лестницу лифту. Я знаю много людей, которые, поступая так, чувствуют себя настоящими героями, но проведем несложные подсчеты. Допустим, высота этих трех этажей около 10 метров, и вы преодолеваете ее трижды в день. Будем считать, что ваша масса около 70 килограммов. Сколько энергии потребуется, чтобы три раза подняться по лестнице? Давайте не будем мелочиться – пять раз. Пять раз в день подъем на три этажа. Энергия, которую вы должны для этого выработать, равна E = mgh, где h – разница высоты между первым и четвертым этажами. Умножаем 70 килограммов (m) на 10 метров в секунду за секунду (g), на 10 метров (h) и на 5, так как вы делаете это пять раз в день и получаете целых 35 тысяч джоулей.

35 тысяч джоулей, то есть вы чувствуете да? Помним что человек и так вырабатывает около 10 миллионов джоулей каждый день в виде тепла. И выходит что такая тренировка - всего лишь мизерная часть от этого числа, которая с легкостью перебивается каким-нибудь бургером. Сделаем проценты - это меньше половины процента, поэтому о таком способе похудения можно смело забыть.

Расскажу еще немного про проблему современной электроэнергетики, Уолтер Левин также рассказывает о ней в своей книге.

Подавляющее количество всей потребляемой энергии в мире обеспечивается по прежнему с помощью ископаемых видов топлива: угля, нефти и газа. И это на самом деле целый вопрос будущего, потому что такие источники энергии крайне неэкологичны и ресурсозатратны. Постепенный переход на другие источники энергии все еще идет: в Европе например вовсю идет переход на так называемые зеленые источники - ветер и солнце, все потому что они считаются безопасными и отношение простых людей к ним очень положительное.

Однако не могу не сказать о проблеме атомной энергии, а вернее о том, что этот вид энергии в наше время подвержен огромной критике и многие люди обеспокоены им. Да, это все связано с печально известными событиями в Чернобыле и Фукусиме - это просто два самых известных события, про Чернобыль недавно так и вообще выходил одноименный сериал, который только усилил беспокойство людей. Но правда в том, что ядерная энергия гораздо безопаснее и даже на половину не такая страшная, каким представляется ее образ. Более того, она во многом гораздо более экологичная чем ее альтернативные аналоги. Например топливная энергетика постоянно приводит к парниковому эффекту, от чего умирает несколько миллионов человек в год. Что касается отходов атомной энергетики: за всю историю США все ядерные отходы занимают площадь обычного футбольного стадиона, а в высоту они заняли бы 6 метров. К тому же это все хранится в специальных контейнерах и под наблюдением. И ведь никто не говорит о том, что отработанные солнечные батареи гораздо опаснее и объемнее. Этот вопрос довольно сложный, но я считаю что как минимум он требует обсуждения.

Десятая глава небольшая и посвящена рентгеновскому излучению или как они называются на английском - X-rays. Уолтер Левин всю жизнь работает в сфере рентгеновской астрономии и дальше будет понятнее что это такое.

Свет - это электромагнитное излучение которое мы видим. Рентгеновские лучи - это тоже электромагнитное излучение, но для нас оно невидимо. Мы знаем это все из за приемов у врача, где нам делают рентгеновский снимок каких то частей тела. Это все возможно потому что кости поглощают излучение сильнее чем мягкие ткани. С одной стороны на нас действует излучение, а с другой стоит детектор, который ловит это излучение и на основании этого создается снимок из темных и светлых областей. В чем опасность: рентгеновское излучение очень плохо влияет на здоровье и то же Солнце постоянно излучает свою энергию и только половина из нее - видимый свет. Другая половина - это всякие виды излучения, которые опасны для нас, однако на наше счастье атмосфера очень хорошо поглощает их. В общем то это и есть то чем занимается автор книги - рентгеновской астрономией, то есть поиском рентгеновских лучей в космосе.

В следующих нескольких главах автор рассказывает о своих открытиях и наблюдениях, опыте работы в этой сфере, но я не буду на этом заострять внимание, хотя этому посвящена какая то часть книги. Я еще в первой части сказал что все что касается биографии ученого я опущу, все это можно прочитать самостоятельно и не играет особой роли в сегодняшнем рассказе.

В последующих главах Уолтер Левин переключается на космос и рассказывает про несколько космических объектов.

Сначала о нейтронных звездах. Автор много восхищается ими и неудивительно - это довольно интересные объекты, особенно интересные профессору тем, что именно они являются по сути мощным источником рентгеновских излучений в космосе. Давайте постараемся разобраться в этом. Итак звезды - это космические объекты, которые излучают много энергии, например наше Солнце - это одна из звезд. Именно такая обычная звезда состоит из газа - на 75 процентов из водорода и почти четверти гелия, ну и еще пара процентов некоторых тяжелых веществ. Наиболее тяжелые вещества, то есть в этом случае гелий и пара процентов других веществ, образуют ядро. У ядра настолько огромная масса, что силы гравитации не только сжимают - они и разогревают ядро до сверхвысоких температур. Благодаря термоядерным реакциям в ядре звезды звезда является источником тепла и света - внешние слои и занимаются передачей энергии, созданной ядром.

Хорошо, с обычными звездами разобрались, что такое нейтронная звезда? На самом деле нейтронная звезда рождается из такой же обычной звезды, как и наше Солнце, правда масса такой звезды должна быть как минимум раз в 8 больше чем у него. В таком случае давление оказываемое всей этой огромной массой в ядре будет просто несбалансировано направленным наружу давлением, которое возникает из-за термоядерных реакций в ядре, о которых я уже упоминал. В результате этот эффект достигнет своего максимума, когда жизнь звезды будет подходить к самому концу и тогда ядро под действием такого огромного давления просто сожмется и под воздействием колоссальных температур это приведет к так называемой вспышке сверхновой, которая будет направлена наружу. Собственно это и сформировалась наша нейтронная звезда и теперь все то что пыталось сжать звезду отскочит и отправится ударной волной в обратную сторону. В результате все внешние слои выбрасываются в космос и остается ядро, которое обладает массой большей чем у нашего Солнца, но при этом имеет диаметр всего километров в 20. Это значит что ее плотность будет просто огромной и чайная ложка такого вещества будет весить около ста миллионов тонн. Звезда будет называться нейтронной - потому что в ней протоны и электроны будут объединяться в нейтроны.

А теперь немного о черных дырах, потому что они очень плотно связаны с нейтронными звездами. Ниже кстати приведу совсем недавнюю первую фотографию черной дыры от NASA.

Я уже сказал что в конце жизненного пути звезда под действием давления своей массы сжимается и что тогда получается нейтронная звезда. Но на самом деле это может и не произойти, ведь если масса будет слишком огромной, то давление этой внешней массы будет настолько велико, что даже появившееся противодействующее этому давление не сможет противостоять колоссальной массе. Именно тогда и появится черная дыра, под воздействием того, что по сути звезда сожмет сама себя своей собственной массой.

Многие знают что в центре нашей галактики Млечный Путь находится огромная, так называемая, сверхмассивная черная дыра. И на самом деле представление о том, что такая черная дыра поглощает все что находится в пределах ее досигаемости - это абсолютное заблуждение, потому что на самом деле черная дыра не перестала быть по сути звездой, а мы знаем что вокруг звезды и вращаются небесные тела. Так и происходит с черной дырой - все звезды вокруг просто вращаются вокруг нее, иначе был эта черная дыра бы уже давно засосала бы все вокруг. Но такой ничем не подкрепленный слух очень распространен, да я и сам не знал об этом, пока не прочитал эту книгу - ведь черная дыра выглядит на всех картинках и видео очень-очень грозно. Например вот кадр из фильма "Интерстеллар".

Распространен и другой миф: насчет Большого адронного коллайдера, многие журналисты в свое время писали, что он может создать черную дыру. Профессор Уолтер Левин, книгу которого мы и читаем так ответил на этот вопрос:

Может ли Большой адронный коллайдер создать черную дыру? Предположим что, тамошние ученые действительно случайно создали бы черную дыру – начала бы она пожирать Землю? Мы можем без особого труда ответить на этот вопрос. Если предположить, что вся энергия от столкновения пучков протонов, а именно этим и занимаются в Коллайдере ученые, пойдет на создание черной дыры, то с помощью расчетов мы знаем что она будет иметь массу 2 на 10-20 степени граммов. И многочисленные команды физиков и других ученых проанализировали гору литературы и пришли к выводу, что нам с вами просто не о чем беспокоиться. Во-первых, сам сценарий получения такого количества энергии, для создания этих дыр - существует только лишь на бумаге. А во-вторых - Стивен Хокинг показал, что черные дыры могут испаряться, причем чем меньшее ее масса - тем быстрее она испарится. Черная дыра массой в 30 солнечных в его теории испарится за 10 в 71 степени лет. Соответственно черная дыра с такой массой как мы получили испарилась бы за 10-39 степени секунд. Так что у нас действительно нет ни малейших причин беспокоиться о черных микродырах, с той крошечной массой, которые может создать коллайдер.

И теперь хочу подвести некоторые итоги по книге. На мой взгляд книга интересная и не похожа ни на что, что я читал до этого. Вообще приятно что профессор Уолтер Левин потратил свое время и постарался донести такую информацию в своей книжке, так и еще подал ее в довольно приемлемом виде. Из минусов: у книги очень неровная структура, из-за чего сложность при ее прочтении постоянно скачет. Вот он рассказывает о каких то базовых понятиях и разжевывает на пальцах, а в следующей главе он уже не заботится о понятности и говорит хоть и явно не техническим, но довольно сложным языком. Из за чего - книгу я советую к прочтению, но не всех глав. Советую с 1-9, а затем по диагонали.

Если ты прочитал этот пост целиком - респект, все таки это довольно непростой материал и не каждому захочется разбираться в этом. Если все понравилась, то просьба - скинь его паре друзей, пусть почитают. В подкасте кстати еще на процентов 15-20 больше информации, здесь я чуточку сократил. И пиши в комментариях что думаешь по этому поводу, интересные книги на эту тему и вообще все все все. Ссылку на саму книгу можно найти в предыдущем посте.