Новый год, как и каждый праздник, имеет свои атрибуты. Дед Мороз и Снегурочка, елка и елочные украшения, морозные узоры на окнах и снежинки, часы и свечи - без чего-то из перечисленного трудно представить себе поздравительную новогоднюю открытку или предновогодний номер какой-то газеты.
На этот раз редакция газеты «Киевский политехник», издание исследовательского университета НТУУ «КПИ», решила поместить короткие рассказы о трех новогодних атрибута - снежинки, часы, свечу. Рассказы необычные. Их авторы - всемирно известные ученые, классики естествознания Иоганн Кеплер, Христиан Гюйгенс, Майкл Фарадей. Предлагаем вниманию читателей фрагменты их произведений - «О шестиугольных снежинках» (1611), «Маятниковые часы» (1673), «История свечи» (1861).
Новогодний подарок, или О шестиугольных снежинках
Иоганн Кеплер (1571-1630) - немецкий астроном, математик и оптик. Известный прежде всего открытием законов движения планет, xnj называются законами Кеплера.
Славномe придворному советнику его императорского величества, господину Иоганну Матти Вакгеру фон Вакенфельсу, золотомe рыцарю и прочая, покровителю наук и философов, господину моему благодетелю.
Поскольку мне доподлинно известно, насколько сильно ты любишь Ничто не за его незначительную ценность, а скорее как волшебную забаву .., то нетрудно догадаться, что подарок будет для тебя тем приятнее и желаннее, чем сильнее он будет похож на Ничто ...
И тут мне случается удобный случай: водяной пар, сгустился от холода и выпадает снежинками на мою одежду. Все они, как одна, шестиугольные, с пушистыми лучами. Клянусь Гераклом, вот вещь, которая меньше любой капли, имеет форму, может служить долгожданным новогодним подарком любителю Ничего и достойная математика ...
... Поскольку каждый раз, когда начинает идти снег, первые снежинки имеют форму шестиконечной звезды, то на то должна быть определенная причина. Потому что если это случайность, то почему не бывает пятиконечных или семиугольных снежинок, почему всегда падают шестиугольные, если только от столкновений они не теряют форму, не слипаются вместе, а падают редко и отдельно?
Когда я недавно разговаривал с кем-то на эту тему, то мы сошлись прежде всего на том, что причину следует искать не в веществе, а в действующем начале. Ведь вещество снега - пар. Выделяясь под действием какого-то тепла с Земли, пар становится сплошным и будто жидким, а следовательно, ни на какие звездочки пар не разделен ...
Но если установлено, что причина свойственной снегу шестиугольной формы кроется в действующем начале, то надо спросить, какое это действующее начало, как оно действует, является ли форма изначально присущей телу или приобретается под влиянием внешних воздействий, принимает материал шестиугольную форму из-за необходимости или из-за своей природы, и что следует считать врожденным: воплощенный в шестиугольный архетип красоты или знание цели, к которой ведет эта форма? Чтобы решить эти вопросы, мы обратимся к наглядным примерам, но станем рассматривать их геометрически. Для наших вопросов такой экскурс будет чрезвычайно полезен.
Далее Кеплер размышляет о пчелиных сотах, правильные ромбические тела, форму зерен граната и горошины, причину, по которой цветы имеют по пять лепестков, и о том, почему зимой на окнах образуются морозные узоры, о многих других вопросах, и ...
Наконец, серьезный разговор о шестиугольной форме снега. Пока я писал эти строки, снова пошел снег, причем еще обильнее. Я старательно стал рассматривать снежинки. Все они были с прямыми лучами, но двух видов. Одни снежинки были очень маленькими, с различным числом лучей, торчащие во все стороны, голых, лишенных опушки и полосок, и очень тонких. В центре лучи сходились к шарику несколько большей величины. Таких снежинок было больше. Среди них были разбросаны более редкие снежинки, другого рода - шестиугольные звездочки, из которых ни одна, ни тогда, когда падала, ни после того, как опускалась на землю, не была похожей по форме на другую. Пушинки в звездочках располагались в одной плоскости с лучами. Седьмой, более короткий луч торчал вниз, как корень, на который могли опускаться снежинки, и, опустившись, держались на нем некоторое время. Это обстоятельство я заметил еще во время предыдущих наблюдений, но неверно его истолковал, что вроде бы три диаметра, образующих остов снежинки, не лежат в одной плоскости ...
Снежинки первого рода, напоминающие по форме градины, как мне кажется, возникают из пара, который почти лишен теплоты и начал собираться в водные капли. Поэтому они круглые, неприглядные на вид, лишены формообразующей силы, а их центральные ядра засажены со всех сторон лучами по той же причине, по которой на окне образуется иней ...
Что до снежинок второго рода, имеющих форму звезд, то в них нельзя усмотреть ни куба или октаэдра, ни соприкосновения капель, поскольку эти звездочки падают плоскими ...
Но почему возникает именно правильный шестиугольник? Не потому ли, что из всех правильных фигур шестиугольник является первой, с которой нельзя собрать объемное тело? Ведь и равносторонний треугольник, и квадрат, и правильный пятиугольник тела образуют. Может потому, что правильными шестиугольниками можно покрыть плоскость без единого зазора? Но тем же свойством обладают и равносторонний треугольник, и квадрат. Может потому, что из всех правильных плоских фигур, способных сплошь, без единого зазора покрывать плоскость, правильный пятиугольник ближе всего подходит к кругу? Может причину следует искать в различии между силой, вызывает бесплодие, и плодотворной силой, считая, что первая порождает правильные пятиугольники, а вторая равносторонние треугольники и правильные шестиугольники? Может, наконец, сама формообразующая природа в своей глубочайшей сущности имеет отношение к правильному шестиугольнику?
К сожалению, мы должны прервать рассказ, и надеемся, что читатели обратятся к книге Кеплера и узнают, как он ответил на все вопросы. Заметим, что ответил он очень хорошо - академик В. И. Вернадский, минералог по специальности, писал, что первой научной работой по кристаллографии была небольшая работа Кеплера о снежинках.
Маятниковые часы
Христиан Гюйгенс (1629-1695) - нидерландский физик, механик, математик и астроном, изобретатель маятниковых часов с анкерным механизмом, автор волновой теории света, открыватель кольца Сатурна и его спутника.
Прошло 15 лет с тех пор, как я опубликовал в брошюре изобретенные мной часы. Но поскольку с тех пор я сделал много улучшений в своем изобретении, то решил выложить их в новой книге. Эти усовершенствования следует признать главной частью изобретения и его теоретическим обоснованием, которого еще не было.
Простой маятник нельзя считать надежным и равномерным измерителем времени, поскольку его колебания зависят от размаха: большие размахи требуют большего времени, чем малые. Однако с помощью геометрии я нашел новый, доселе неизвестный, способ подвешивания маятников. Я исследовал кривизну одной кривой, которая прекрасно подходит для обеспечения равенства времени колебаний маятника. После того как я заставил маятник часов колебаться по этой кривой, ход часов стал чрезвычайно правильным и надежным, как показали испытания на суше и на море. Большая польза этих часов для астрономии и мореплавания может считаться установленной.
Эта кривая - та, которую описывает в воздухе гвоздь, вбитый в обод колеса, когда колесо катится. Математики нашего времени называют эту кривую циклоидой; через различные другие ее свойства она исследовалась многими, а мной - через ее пригодность для измерения времени, которое я обнаружил, исследуя ее строгими методами науки и не подозревая об этом пригодности. Я уже давно сообщил о своем открытии некоторым друзьям, знакомым в этой области ... Теперь я обосновал его наиболее точными доказательствами и обнародую. Эти доказательства я считаю самой главной частью книги ...
Я показываю полезность применения в часах сложного маятника. Для изучения его природы я выполнил исследование о центре качания, исследование, которое уже было сделано несколькими учеными, но без особого успеха. Я здесь доказал ряд теорем относительно линий, площадей и тел, которые заслуживают, как мне кажется, внимания. Но перед этим я даю описание механического устройства часов и применения маятника в форме, наиболее удобной для астрономических целей ...
История свечи
Майкл Фарадей (1791 - 1867) - английский физик-экспериментатор и химик. Открыл электромагнитную индукцию, законы электролиза, действие магнитного поля на свет, диамагнетизм, создал первую модель электродвигателя, первый трансформатор и многое другое.
... Я собираюсь изложить вам в следующих беседах ряд сведений по химии, которые можно извлечь из горящей свечи ... Явления, наблюдаемые при горении свечи, такие, что нет ни одного закона природы, который не имел бы к ним отношения. Рассмотрение физических явлений, происходящих при горении свечи, - это тот широкий путь, которым можно подойти к изучению естествознания. Вот почему я надеюсь, что не разочарую вас, выбрав своей темой свечу, а не что-то новее ...
Мистер Филд с Ламбета обеспечил меня прекрасной коллекцией свечей и материалов, из которых они изготавливаются. Вот, прежде всего, бычий жир, который называют, насколько мне известно, российским салом, из которого изготавливают Мокану свечи. Сало это способом, изобретенным Гей-Люссаком (или кем-то другим, кто передал ему этот секрет), можно превратить в то прекрасное вещество, которое лежит рядом с ним - стеарин. Благодаря изобретению стеарина нынешняя свеча - это уже не жирный, противный предмет, которым была бывшая сальная свеча, - нет, это предмет настолько чистый, что капли, которые стекают с него, не пачкают вещей и их можно соскрести, как порошок. Способ, который применил Гей-Люссак, заключается в следующем. Сначала сало кипятят с негашеной известью, причем получается что-то вроде мыла. Затем в него добавляют серную кислоту, которая связывает известь; остается стеарин с некоторым количеством глицерина. Глицерин, что выделяется при этом процессе, очень похож по своему составу на сахар. Эта смесь прессуется - здесь вы видите несколько более или менее отжатых брусков, по которым можно судить, как по мере увеличения давления удается удалить все большее количество примесей. Абсолютно спрессованную массу расплавляют, и из нее отливаются те свечи, которые я вам показываю. Вот эта свеча - стеариновая, она изготовлена описанным способом. А вот свеча спермацетовая, изготовленная из определенного сорта китового жира. Вот пчелиный воск, желтый и очищенный, что также идет на изготовление свечей. Вот еще одно интересное вещество - парафин. А вот парафиновые свечи, сделанные из добытого в ирландских болотах парафина. Есть у меня и еще одно вещество, нечто вроде воска, любезно присланное мне одним моим другом. Его привезли из Японии. Это тоже материал для изготовления свечей.
А как же делаются такие свечи? Я уже рассказал вам о свечах мокану, а теперь расскажу и о формировании. Представим себе, что какой-либо из этих сортов свечей делается из такого материала, который можно отливать в форму. «Отливать?» - скажете вы. «Ну, конечно, - ведь свечи плавятся, а если их можно растопить, то их, наверное, можно отливать и в формы». Оказывается, можно. Странное дело: то тут, то там, как при совершенствовании производства, так и при разработке лучших средств для достижения той или иной цели, приходится сталкиваться с такими фактами, которые, видимо, нельзя предсказать заранее. Так вот, свечи не всегда можно отливать в формы; восковые свечи, в частности, совсем нельзя отливать: их делают особым способом, о котором я вам кратко расскажу через несколько минут ...
Поговорим теперь о пламени свечи. Зажжем одну-две свечи, то есть заставим их выполнять свою обычную работу. Как видите, свеча - совсем не то, что лампа. В лампе вы наполняете резервуар жидким маслом, опускаете в него фитиль из мха или обработанного хлопка, а затем зажигаете верхушку фитиля. Когда пламя спускается вниз по фитилю к маслу, оно там меркнет, но в верхней части продолжает гореть. Вы, несомненно, спросите - каким образом масло, которое само по себе не горит, добирается до верха фитиля, где оно может гореть? Позже мы рассмотрим это явление, однако, при горении свечи наблюдается и другое, еще более странное обстоятельство. Ведь перед вами твердое вещество, настолько твердое, что для него не нужно посуду. А как же получается, что это твердое вещество может подняться до того места, где находится пламя? Как попадает туда это твердое вещество, не будучи жидкостью? А с другой стороны, как же оно не растекается, когда превращается в жидкость?
К сожалению, мы не можем в газете перепечатать хотя бы одну лекцию Фарадея - она заняла бы две наши страницы. А всего лекций шесть. В них рассказывается и о необходимости воздуха для горения, и о образовании воды при горении, и кислороде, и водороде в составе свечи, и о том, что водород при горении превращается в воду, в состав которой входит и кислород, и кислороде у воздухе и о углекислом газе, который образуется при горении, и, наконец, о дыхании и его сходстве с горением.
А последнюю - шестую - лекцию Фарадей закончил обращением к слушателям:
«Я могу только выразить вам свое пожелание, чтобы вы могли с честью выдержать сравнение с огнем, то есть могли бы быть светочем для окружающих, и чтобы во всех ваших действиях вы подражали красоте пламени, честно и продуктивно выполняя свой долг перед человечеством ».
Этого же редакция желает читателям!