100 великих научных открытий

Открытие фотоэффекта стало очень важным шагом в развитии техники. Как уже упоминалось вначале, на его основе были созданы фотоэлементы, позволяющие преобразовывать солнечный свет в электричество. В середине ХХ в. американские инженеры Дэрил Чапин, Джеральд Пирсон и Калвин Саутер Фуллер принесли в исследовательский центр Bell Labs кремниевый фотоэлемент, каждая ячейка которого превращала энергию солнца в электричество с 4 %-ным КПД. Четыре года спустя фотоэлектрические системы стали использоваться на спутниках, и это было большим прорывом в освоении космоса, где нет иных источников энергии. Кроме того, фотоэлементы позволяют воспроизводить звук, записанный на кинопленке, а в паре с реле — создавать «видящие» устройства, которые могут автоматически сортировать вещи, открывать-закрывать двери, включать и выключать освещение и пр. Сейчас солнечные батареи, состоящие из фотоэлементов, признаны самым экологичным, доступным и экономным способом энергообеспечения.

Специальная и общая теория относительности

Немецкому физику Альберту Эйнштейну (1879–1955) удалось перевернуть научную картину мира с ног на голову, не прибегая к практике. Он не поставил ни одного опыта и не провел ни единого эксперимента, а все свои заключения делал на основе воображаемых, «мысленных экспериментов». Между тем разработанная Эйнштейном теория относительности кардинально изменила представления человечества об устройстве Вселенной и показала, насколько мало мы о ней знаем.

Именно Эйнштейн первым обратил внимание на то, что скорость — понятие относительное. То есть о том, двигаемся ли мы или стоим на месте, можно судить лишь по отношению к окружающим объектам. Скажем, дом относительно Земли статичен, зато вместе с Землей он вращается вокруг Солнца. Мяч, брошенный в падающем лифте, попросту повиснет, ведь скорость у него такая же, как и у кабины. Пассажир, идущий по вагону в сторону движения состава с быстротой 4 км/ч, с позиции обычных прохожих будет «мчаться» на скорости 54 км/ч — поскольку его быстрота сложится со скоростью поезда. Между тем, топая против движения, он сможет «разогнаться» относительно зевак на земле «всего» до 46 км/ч.

Только свет, по утверждению Эйнштейна, имеет постоянную скорость, которая не изменяется с приближением или удалением источника излучения. Развивая эту мысль, ученый предположил, что обогнать или хотя бы догнать свет не сможет никто и ничто. Но чем ближе скорость объекта к световой, тем он меньше, а масса его больше. Данный закон можно описать формулой: E = mс

, где E — энергия,

m — масса, c — скорость света. То, что масса способна преобразовываться в энергию, впоследствии было использовано в развитии атомной энергетики и создании ядерной бомбы.

Продолжая размышлять, Эйнштейн открыл поразительный эффект, названный им «парадоксом близнецов». Если один из двух близнецов полетит в космос на скорости, сравнимой со световой, а другой останется на Земле, то за 70 лет первый постареет всего на 10 лет, — заявил ученый. Разумеется, в то время никто не воспринял его слова всерьез, но последующие опыты в лаборатории подтвердили: при скоростях, близких к скорости света, время замедляется.

Будучи теоретиком, Эйнштейн не пытался ничего доказать, и большинство его умозрительных опытов воплотились лишь тогда, когда были изобретены высокоточные измерительные приборы. Так, в ходе одного эксперимента самолет с очень точными часами на борту на огромной скорости облетел вокруг Земли, и после его посадки обнаружилось, что часы на долю секунды отстали от земных, то есть время хоть и немного, но замедлилось.

Еще одним мысленным примером Эйнштейн показал, что пространство и время тесно связаны, но связь эта видна лишь тогда, когда тело двигается на космической скорости, сравнимой со световой. Если член экипажа челнока, летящего со скоростью, составляющей ⅔ световой, пустит лазерный луч вертикально на зеркальный свод — свет отразится так же вертикально. Однако пассажиру неподвижного корабля покажется, будто излучение и его отражение идут по диагонали. Значит, и траектория, и длина луча, и время его распространения для подвижного и статичного наблюдателей будут неодинаковыми.

Таким образом, в своей специальной теории относительности (СТО) ученый установил единство пространства и времени. Раньше считалось, будто Вселенная трехмерна, то есть характеризуется лишь длиной, шириной и высотой. Однако Эйнштейн настаивал, что эти три измерения не могут существовать отдельно от четвертого — времени — и что все они представляют собой ткань пространственно-временнóго континуума.