Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева - Сэм Кин

Возможно, никто так и не обратил бы на сонолюминесценцию никакого внимания, если бы однажды в середине 1980-х годов один коллега не начал насмехаться над физиком Сетом Паттерманом. Паттерман работал в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса и занимался динамикой жидкостей – чертовски сложной дисциплиной. В некотором смысле можно утверждать, что современная наука больше знает об отдаленных галактиках, чем о потоках воды в канализации. Коллега подшучивал над Паттерманом, упрекая в невежестве, и даже отметил, что люди вроде Паттермана до сих пор не могут объяснить, каким образом звуковые волны превращают пузырьки в свет. Паттерман полагал, что явление сонолюминесценции – очередная городская легенда. Но, познакомившись с имевшимися немногочисленными исследованиями на эту тему, он забросил все свои прежние исследования и всерьез взялся за изучение мерцающих пузырьков[157].

Первые эксперименты Паттермана, посвященные решению этой проблемы, были восхитительно просты в техническом исполнении. Он поставил колбу с водой между двумя стереоколонками, издававшими очень высокий звук, как свисток браконьера[158]. В колбе находилась раскаленная проволока, порождавшая пузырьки, а звуковые волны захватывали их и заставляли словно «зависать» в воде. Далее начиналось самое интересное. Звуковые волны, как и обычные, имеют подошву и гребень, причем интенсивность волны на гребне значительно выше, чем на подошве. При низком давлении крошечные пузырьки сильно раздувались, как воздушные шарики. У основания звуковой волны образовывался мощный фронт высокого давления. Волна сжимала пузырьки до одной полумиллионной доли от их прежнего объема, с силой, превышавшей действие гравитации в сто миллиардов раз. Неудивительно, что при столь чудовищном давлении возникал такой призрачный свет. Удивительно то, что пузырьки не лопались, даже будучи сжаты практически до состояния сингулярности (термин из области астрономии и черных дыр). Но как только давление спадало, пузырьки вновь раздувались, как ни в чем не бывало. Потом пузырьки вновь сплющивались с огромной силой, мигали, и этот процесс повторялся тысячи раз за секунду.

Вскоре Паттерман обзавелся более изощренным оборудованием, значительно превосходившим по точности прежний импровизированный инструментарий. При этом он обратил свое внимание на периодическую систему элементов. Чтобы определить, что именно заставляет пузырьки мерцать, он стал экспериментировать с различными газами. Ученый установил, что, хотя пузырьки обычного воздуха давали красивые голубые и зеленые искры, чистый азот или чистый кислород не производили такого эффекта (хотя воздух на 99 % состоит из этих двух газов). При этом не имела значения ни чистота образцов газов, ни объем газа. Озадаченный Паттерман стал выкачивать из воздуха те газы, которые содержатся в нем в следовых количествах, и делать пузырьки из них. Наконец ученый нашел тот самый элемент-фонарик: им оказался аргон.

Это казалось странным, поскольку аргон – инертный газ. Более того, Паттерман и многие другие ученые, подключившиеся к решению этой проблемы, смогли добиться свечения лишь других, более тяжелых инертных газов – криптона и, особенно, ксенона. Под действием сонара ксенон и криптон сияли еще ярче, чем аргон. Получались своеобразные «звезды в банке» – пузырьки вспыхивали в воде, разогреваясь до температуры почти 20 000 °C – гораздо выше, чем на поверхности Солнца. Опять же, этот факт был поразительным. Ксенон и криптон часто применяются в промышленности для тушения пожаров и нейтрализации реакций, вышедших из-под контроля. Но не было никаких причин полагать, что эти скучные инертные газы могут образовывать светящиеся пузырьки.

Тем не менее их инертность действительно оказалась незамеченным сокровищем. Кислород, углекислый газ и другие вещества, входящие в состав воздуха, могут использовать поступающую энергию сонара для деления молекул и для реакций друг с другом. В рамках сонолюминесценции эта энергия расходуется впустую. Но некоторые ученые полагают, что атомам инертных газов в условиях предельно высокого давления не остается ничего иного, кроме как впитывать эту энергию. Поскольку пузырьки криптона и ксенона не могут избавиться от этой энергии химическими способами, они излучают ее в виде света. В данном случае химическая инертность благородных газов может быть разгадкой сонолюминесценции. Так или иначе, сонолюминесценция заставляет нас полностью пересмотреть наши представления о том, что такое «инертный газ».

К сожалению, некоторые ученые (и Паттерман в том числе) не смогли устоять перед соблазном и попытались покорить эту энергию. Они связали эту тонкую науку о пузырьках с холодным термоядерным синтезом – ярчайшим образцом извечной патологической науки. (Возникающая высокая температура не

позволяет приравнивать это явление к холодному термоядерному синтезу). Достаточно долго ученые усматривали зыбкую ассоциативную связь между изучением пузырьков и термоядерным синтезом. Отчасти такая ассоциация была вызвана работами Бориса Владимировича Дерягина, крупного советского физикохимика, исследовавшего стабильность пен и искренне верившего в возможность холодного термоядерного синтеза. Рассказывают, что однажды Дерягин поставил немыслимый эксперимент, как будто в пику Резерфорду, – он пытался запустить в воде холодный термоядерный синтез, стреляя туда из автомата Калашникова.

Такая сомнительная связь между сонолюминесценцией и холодным термоядерным синтезом (соносинтез) стала темой одной статьи, которая была опубликована в 2002 году в журнале Science. Речь в ней шла о весьма противоречивой идее создания ядерного реактора, в основе работы которого лежал принцип соносинтеза. Правда, в этом же номере журнала содержалась редакторская статья, в которой руководство журнала признавало, что многие авторитетные ученые считают работу о соносинтезе небезупречной, если не сказать – порочной. Даже сам Паттерман не рекомендовал журналу затрагивать эту тему. Тем не менее, Science опубликовал эту работу (возможно, чтобы любой желающий мог купить номер журнала и разобраться, в чем заключается весь сыр-бор, связанный с соносинтезом). Позже ведущий автор этой статьи подвергся публичному порицанию в Палате представителей США за подтасовку фактов.

К счастью, у пузырьковой науки был достаточно серьезный базис, позволивший легко перенести этот дискредитирующий эпизод[159]. Физики, занимающиеся поисками альтернативных источников энергии, уже моделируют при помощи пузырьков сверхпроводники. Врачи называют ВИЧ пенообразующим вирусом, поскольку зараженные им клетки раздуваются. Энтомологам известны пауки, которые используют пузырьки в качестве водолазного колокола, чтобы дышать под водой, а орнитологи