Глава 8. Это удивительное стекло  

Глава 8. Это удивительное стекло

Из этой главы вы узнаете…

Почему вы можете видеть через толстое стекло (но не через тонкий металл).

Как окна могут сами становиться чистыми с помощью солнца и дождя.

Почему стекло гораздо тяжелее, чем нам кажется.

Как останавливать пули при помощи стекла и пластикового «бутерброда».

Верните человека в его природное состояние – сбросьте с него несколько тысяч лет культуры и изобретений, а также то, что в наши дни сходит за цивилизованное поведение. Мы превратимся в племя охотников и собирателей, принципиально не отличающихся от кротов, сурикатов и всё разнюхивающих трубкозубов. Но стоит наступить дождливому воскресному вечеру, и мы пожелаем оказаться дома, сидя за мокрыми окнами с хорошей книгой, черно-белым фильмом, бокалом красного вина и развлечениями. Большинство видов животных способны создавать для себя какие-то убежища, а мы научились строить здания, которые объединяют в себе всё лучшее из окружающих нас миров. Мы можем лежать дома, уютно свернувшись калачиком, но, благодаря гениально встроенным в наш дом стеклянным панелям, одновременно быть не дома. Металлы и пластмассы, как мы видели в предыдущей главе, – скучные материалы, которые мы используем в повседневной жизни тысячей способов. Стекло же необычно и интригующе. Мы его не видим , но оно существует.

Этот удивительный прозрачный материал относится к числу самых старых. Еще 5000 лет назад его использовали в Месопотамии, но для создания блестящих цветных шариков или бисера, которые походили на ювелирные изделия, а не для устройства больших вертикальных поверхностей из ничего[100]. Стеклянные окна впервые появились самое позднее в Древнем Риме[101]. Вы можете решить, что на этом история стекла и заканчивается: что еще можно сказать о том, чего мы не видим? Но люди усовершенствуют стекло по сей день. Что скажете о стеклах, которые моют себя сами, освещают или затемняют жилище при одном щелчке выключателя? А как насчет суперпрочного стекла на экранах смартфонов и планшетов? Не так давно люди боялись взять в руки стеклянную вещь. Сегодня мы об этом даже не задумываемся. Стекло – настоящее чудо. И всё благодаря законам физики.

Сваренный песчаный пляж

Вот простой рецепт получения стекла. Идите на пляж с ведром и совком и насыпьте в ведро немного песка. Разведите большой костер. Бросьте в него песок, доведите до жидкого состояния и быстро охладите. И тут – опаньки! – вы получите стекло. Вам нужно будет добавить еще несколько ингредиентов, чтобы улучшить его качество (например, натрий и карбонат кальция облегчают процесс варки, а металлы, например селен, железо или медь, могут придавать ему различные цвета – от розового до зелено-голубого)[102]. Однако, по сути, всё, что нужно для стекла, – сваренный пляжный песок, который следует подавать охлажденным. Когда Роберт Оппенгеймер и его коллеги построили первую атомную бомбу в пустыне Нью-Мексико, проведенные ими 16 июля 1945 года испытания дали впечатляющие результаты. Их костер, который достиг небес, в момент превратил круг песка диаметром три четверти километра, прямо под вышкой с бомбой, в радиоактивное зеленое стекло[103].



Если вы растопите лед, превратите его в воду и заморозите ее, то получите примерно то же, с чего начали: воду (забудем о потерях тепла на испарения и прочие мелочи). С песком всё иначе. Если вы расплавите его до жидкого состояния, а затем эту жидкость охладите, вы не получите твердого вещества, с которого начали. Под воздействием высокой температуры атомы в твердом веществе расходятся и начинают активно двигаться. Расплавленный песок вы можете разливать, как жидкость, заливать его в формы и создавать из нее различные изделия. Но, даже когда стекло остынет, атомы не займут в нем упорядоченного положения, которое свойственно твердому веществу. Внутри стекла создается случайная структура, нечто среднее между хаосом и упорядоченностью твердого вещества[104]. Такое состояние называется аморфным , или полутвердым, а также состоянием замерзшей жидкости. В книгах часто говорится, что стекло – жидкость (это ошибка, причину я объясню ниже).

В замкнутом пространстве

Чтобы было легче представить себе, что происходит внутри стекла, можно провести аналогию с толпами людей. Вообразите, что несколько сотен одетых в деловые костюмы человек быстро двигаются по платформам вокзала в час пик. Замените людей атомами – и вы получите картину движения атомов газа. А теперь вообразите себе толпу людей, которые двигаются внутри театрального фойе перед началом спектакля. Они значительно ближе друг к другу, протискиваясь к кассам, гардеробу или буфету. Они могут двигаться, но в замедленном темпе. Это аналог жидкости. Выстройте людей в колонны и шеренги, как солдат. Это будет твердое вещество. Атомы в нем все равно могут немного двигаться, но, будучи тесно связанными, они не способны покинуть структуру, и сама она не может существенно измениться.



Что же такое аморфное вещество? Что произойдет, если в 4:00 утра вы поднимете по тревоге роту солдат и дадите им ровно минуту на то, чтобы одеться и подготовиться к построению? Между всеми последующими криками и бегом, между наполовину натянутой формой и на четверть проснувшимися лицами, ровно через 60 секунд вы подаете команду «Стой!» и заставляете людей замереть на месте. При этом многие из них будут находиться в промежуточном состоянии между порядком и хаосом. Вы увидите некоторые признаки сбора людей в строй, вы увидите, что многие из них двигаются в правильном направлении. Это будет гораздо ближе к структуре твердого вещества, чем жидкости. Но всё же это не будет строгой и правильной кристаллической решеткой, которая образовалась бы, если бы вы дали людям больше времени. Аморфное вещество как раз представляет собой состояние перехода к твердому веществу. Стекло – не единственный пример.

Вы можете создать аморфный лед, если очень быстро заморозите воду. В повседневной жизни мы редко встречаемся с этим, но такое вещество существует во Вселенной: это космический лед, из которого в основном состоят кометы[105].

Стекло находится где-то посередине между твердым веществом и жидкостью, но это не значит, что оно сможет когда-нибудь затвердеть окончательно. Оно настолько твердо, насколько возможно. Но неправильно говорить, что полутвердая субстанция подобна жидкости, текущей с очень малой скоростью. В детских научных книжках часто можно прочесть, что у старых окон низ толще, чем верх, потому что стекло медленно «стекает» вниз. Доказано, что это неправда. Ученые считают, что причиной заблуждения стал традиционный метод изготовления стекла (так называемого кронгласа): толстое стекло раскатывали в большие круги, резали по размеру, а затем вставляли в оконные рамы. Оно часто было неравномерной толщины, и обычно его помещали в раму толстым концом вниз[106].


glava-8-gosudarstvo-i-politicheskaya-sistema-obshestva.html
glava-8-harakteristiki-voln-i-techeniya.html
    PR.RU™