Страница:
Встречающиеся вещи кажутся быстро мчащимися навстречу в одном направлении, если они неподвижны, и двигающимися в разных направлениях, если они имеют действительное собственное и разное движение.
Каждое тело одновременно получает энергию и теряет ее. В результате устанавливается в теле определенная температура, не вполне равномерная во всех его частях и зависящая от множества усилий, находящихся в самом теле и около него: его теплопроводности, окраски или состояния поверхности от окружающих тел и их состояния и т. п.
Посмотрим сначала, что будет с телом, если устранить действие солнечных лучей. В совершенстве этого исполнить нельзя в нашей среде, где ярко блестит Солнце, но приблизительно можно. Для этого данное испытуемое тело надо затенить. Если перед ним, ближе к Солнцу, поставить несколько хорошо высеребренных полированных экранов, то солнечный свет, падая на первый экран, почти полностью будет отражаться; но все же он немного нагреет его. Лучи эти, слабые от первого экрана, падают на второй экран и также отражаются, совсем почти не нагревая второй экран, и т. д. После трех, четырех отражений действие Солнца на испытуемое тело будет почти уничтожено. Экраны должны быть друг от друга на расстоянии в несколько раз больше, чем данное тело; так же и оно должно быть расположено подальше от экрана, иначе испускаемые телом лучи, отражаясь от блестящего ближайшего экрана, будут в очень большом количестве возвращаться к нему и задерживать его охлаждение. Что же будет при этом затенении тела? Не получая ниоткуда лучей, кроме звезд, лучеиспусканием которых можно пренебречь, как силой незаметной, — испытуемое тело будет только терять свою энергию, приводя, движением атомов и их частиц, эфир в ритмичное движение. Тело будет охлаждаться, и температура его, наверное, будет близка к абсолютному нулю, или -273° Ц ниже нуля. Собственно, трудно представить себе, что будет с телом при этих условиях, так как температура на Земле никогда не была ниже — 271° Ц. Эта температура была получена при испарении жидкого гелия в пустоте; при ней жидкий водород обращается в ледяшку. Что будет с телом при описанных условиях, составляет глубочайшую тайну. Даже представить себе какое-либо решение трудно: не исчезнет ли хоть отчасти тело, не сократится ли во много раз, не изменится ли разительно в своих свойствах? Не получатся ли такие свойства, каких мы даже вообразить себе сейчас не можем? Вот когда явится возможность исследовать качества тел при низкой температуре и сделать величайшие открытия! Известно пока, что при низких температурах коэффициент расширения уменьшит также и теплоемкость, а теплопроводность и электропроводность увеличатся. Вязкость часто увеличивается. Химическое сродство ослабляется.
Все же будут светить на тело звезды, да и ближайший экран будет хоть немного давать тепла. Идеального случая опять не будет, и от тела должно остаться хоть какое-нибудь подобие его. Потом и частицы эфира, даже без влияния Солнца, имеют огромную поступательную скорость движения. Остановится, вероятно, только движение центров молекул или атомов в теле. Но движение более мелких частей, из которых они состоят, останется, благодаря действию эфира.
Обратимся же к нашему практическому случаю затенения тела. Кажется, довольно йодного высеребренного с обеих сторон экрана, чтобы понизить температуру тела более, чем это можно на Земле, в лабораториях. Понятно, что газы обратятся в жидкости и отвердеют, даже лишатся способности давать какие-либо самые незначительные испарения. Таким образом, в эфире легко хранить самые летучие вещества и газы, подвергая их низкой температуре, затененных экранами пространств. Тем более, что твердые и жидкие тела легко теряют способность испарения. Жидкие, разумеется, замерзают, твердые делаются еще тверже. Но могут быть и исключения. Свойства тел не изучены достаточно при низких температурах. Одно кажется верным: уничтожение летучести всех тел и обращение их в твердое состояние. Тело, тщательно загороженное со всех сторон несколькими рядами экранов, хорошо отражающее лучи, будет чрезвычайно медленно охлаждаться, даже при отсутствии Солнца. В идеальном случае оно никогда не охладится, как бы ни было горячо. Применение это имеет при путешествии между звездами, вдали от солнц.
Ясно, что при Солнце, изменяя расположение экранов, число их, свойство их поверхностей, величину их, можно получить любую температуру тела, начиная от абсолютного нуля до неизвестного максимума. Как же велик этот максимум? Займемся его определением. Экраны пока мы устраняем. Тело освещается прямо Солнцем; оно получает от этого энергию и одновременно теряет ее. Приток энергии почти постоянен, но потеря его от лучеиспускания быстро возрастает с температурой тела. Поэтому, при некоторой степени нагревания его, устанавливается равновесие, именно тогда, когда приход сравняется с расходом. Мы ищем максимум нагревания. Поэтому мы должны поставить тело в такие условия, чтобы оно как можно больше поглощало солнечной энергии и как можно меньше теряло своей собственной и заимствованной. Вообразим тело в виде тонкого кружка, расположенного перпендикулярно к солнечным лучам. Чтобы поглощение лучистой энергии Солнца было небольшим, надо, чтобы обращенная к Солнцу поверхность кружка была покрыта сажей, вообще веществом с наибольшой поглощателыюй способностью. Кружок нагревается, но другая его поверхность — теневая — испускает лучи в пространство, ничего не получая взамен, если не считать слабого лучеиспускания звезд. Надо чтобы эта потеря была наименьшей.
Для этого мы высеребрим теневую половину кружка, вообще покроем веществом, мало способным к лучепспусканию. Можно еще заметить это лучеиспускание и почти уничтожить его несколькими задними, такими же, но с обеих сторон блестящими кружками, которые должны быть близко и параллельно расположены друг к другу. Величина их не должна быть меньше нагреваемого Солнцем кружка. Тогда формулы лучеиспускания Стефана, при расстоянии кружка от Солнца, равном расстоянию Земли от того же светила, дадут число, близкое к 150° Ц. В экваториальной части Земли Солнце нагревает почву до 85° Ц, причем атмосфера поглощает почти половину. Если бы не было этого поглощения, то получили бы, по Стефану, около 150°. Следовательно, можно верить приведенному числу. Если возьмем не пластинку, а кривую поверхность, то потеря тепла будет больше, а температура меньше. Но это еще не максимум. Можно еще увеличить эту температуру, если замедлить лучеиспускание и потерю тепла черной стороны диска, обращенной к Солнцу. Сделать это можно так. Возьмем круглую, хорошо высеребренную цилиндрическую поверхность (т. е. трубу), одну неприкрытую сторону которой обратим к Солнцу, а другую аккуратно, без промежутка, закроем нашим кружком. Одним словом, мы берем цилиндрическую, высеребренную, крытую с одной только стороны коробку. Дно ее вычернено сажей, на него падают нормально лучи Солнца. Приход энергии не уменьшен, расход же замедлен тем более, чем длиннее коробка или ось этого цилиндра. Все же коробка должна быть не строго цилиндрической, а с углом между образующими в 1/2°, т. е. почти незаметным. Действительно, тепловые лучи черной поверхности дна коробки не будут расходиться во все стороны беспрепятственно, а будут выходить только узким коническим пучком, тем более тонким, чем коробка длиннее. Можно еще передний конец цилиндра закрыть стеклом, которое бы как можно лучше пропускало световые и ультрафиолетовые лучи и задерживало темные.
Совсем другое будет при употреблении зеркал, когда лучистая энергия с большой поверхности скучивается на малой. Тогда, при благоприятных условиях, температуру тела можно довести до температуры, лишь немного меньшей температуры поверхностных частей Солнца. Эта температура в 4 — 5 тысяч градусов совершенно достаточна для всякого рода металлургических процессов.
Есть еще способ получения высокой температуры при экономии расходования солнечной энергии. Камера, где получается высокая температура, имеет вид шара. Внутри и снаружи она покрыта блестящей поверхностью, непроницаемой для большинства лучей. В ней есть только небольшое круглое отверстие, через которое выходит ничтожное количество тепла. Перед этим отверстием находится прозрачная для лучей чечевица с диаметром, равным диаметру шара. На нее нормально падают солнечные лучи, фокус которых попадает в отверстие сферы. Мы тут пользуемся только энергией Солнца, которую и так получил бы наш шар, если бы был открыт для лучей.
Но эта энергия имеет возможность пройти через малые отверстия, которые не позволяют терять много тепла через лучеиспускание внутренности шара. Лучи, пройдя через малые отверстия, расходятся и освещают внутри шара черный экран или помещенные внутри его растения. Тут тепло только приходит, но почти пе уходит. Поэтому температура должна повышаться до весьма высокой степени и, конечно, бедные растения будут ею совершенно сожжены. Полезно употребить несколько концентрических защищающих поверхностей. Потеря тепла еще уменьшится.
Можно для той же цели употребить сферическое зеркало. Тогда отраженные им лучи также могут пройти через малое отверстие, позади сферы, где поместится и зеркало, но несколько сбоку. Можно заставить отражать лучи и переднюю часть нашей камеры. Лучи, отраженные от нее, еще раз отразятся от другого, прикрепленного к ней небольшого зеркала и тогда уже войдут в камеру. Вместо сферических стекол и зеркал можно употреблять цилиндрические, и тогда пучок лучей, в виде линии, будет входить в узкое длинное отверстие цилиндрической камеры. Тут потери тепла будут больше и температура ниже. Сферические стекла невыгодны тем, что много поглощают лучей высокой и низкой преломляемости. Кроме того, при большой их величине они чересчур массивны, т. е. толсты, что еще более задерживает лучи. Их качество — сохранять блестящую и прозрачную поверхность, — столь драгоценное в воздухе, здесь не имеет преимущества, так как тут и металлические зеркала не тускнеют. Итак, мы останавливаемся для получения высоких температур на металлических зеркалах. Их материал может отражать солнечный свет почти без потери, они могут быть поразительно легки или, вернее, не массивны в среде, где нет тяжести, влажности, кислорода и других веществ, портящих поверхность зеркал. Нагреваемые камеры, жилища, оранжереи или заводы чаще имеют вид длинных труб, а потому нагревать их удобнее цилиндрическими зеркалами, производство которых к тому же и проще — стоит только слегка изогнуть плоский лист. Особенной точности формы тут не нужно. У трубы должно быть, вдоль ее по образующей, узкое отверстие. Если цилиндр должен быть закрыт, при содержании в нем летучих тел, то края щели соединяются крепкими металлическими перемычками и промежутки между ними заделываются возможно прозрачным веществом (например, слюдой, чистым кварцем). К щели же примыкают две половины цилиндрического зеркала, обращенные вогнутостью к Солнцу, как и самая цель. Величина зеркала может быть равна среднему продольному сечению трубы, а может быть и больше его. В последнем случае температура в трубе получится еще выше. Лучи, отраженные зеркалом, образуют линейный фокус. Недалеко от него может быть установлено и соединено с трубой другое узкое и длинное, тоже цилиндрическое, но вогнутое зеркало, которое отразит фокусную линию как раз в цель. Тут она расходится в пучок и освещает ярким солнечным светом внутренность более или менее обширной трубы.
Шар или цилиндр со стеклом сферическим или цилиндрическим.
Большое вогнутое зеркало и второе малое выпуклое. Шар или цилиндр с парой зеркал — сферических или цилиндрических, с круглой или длинной прямоугольной щелью, закрытой или не закрытой прозрачной срединой. Но всегда — узкий входящий пучок, что усложняет в случае устройства оранжереи, так как требует рассеяния света.
Для одних работ будут предпочитаться стекла, для других зеркала.
Тонкие кольцевые сферические или цилиндрические зеркала.
Когда камера мала в сравнении с зеркалом.
Итак, мы можем в эфире наблюдать тела при всякой температуре, как на Земле, даже в более широких пределах. Но чего стоит, каких громадных усилий, искусства и учености, получение на Земле температуры, близкой к абсолютному нулю или 4000° Ц! Как мала эта земная среда и как неудобна для опытов исследования тел! Здесь же это очень легко. Любые массы на любое время, без всяких затруднений, мы можем подвергнуть более низкой температуре, чем какая получена в земных лабораториях при испарении гелия в пустоте. Понятно, раз является легкая возможность для всякого получать желаемые температуры, то изучение свойств тел, в зависимости от их температуры, бесконечно уточнится и расширится.
Жилища обитателя эфирного пространства, без всяких затруднений, могут иметь желаемую температуру. Ее можно сохранять постоянной и можно менять как угодно, останавливая на желаемой высоте. Температура, близкая к температуре человеческого тела, позволит ему обходиться без всяких одежд, кроме украшений и фигового листка. Она уменьшит расход его жизненных сил до минимума. Об отоплении жилищ нет смысла и говорить. Подходящая температура будет всегда к услугам больных, старцев, младенцев, вообще людей всякого возраста, вкуса, состояния, пола и т. п. Бани становятся ничего не стоящими. Дезинфекция жилищ повышенной температурой — один момент. Удобно уничтожение тем же способом всяких зародышей в почве — вместо последующего после сева тяжелого труда выпалывания сорных трав н уничтожения вредителей растений. Подходящая температура для разных сортов полезных растений даст наилучшие урожаи. Легко получение желаемой температуры для кулинарных и технических целей. Как устраивать жилища и технические сооружения с желаемой и быстро (по желанию или надобности) изменяемой температурой — об этом речь впереди. Громадная возможная разность температур позволяет утилизировать солнечную энергию почти целиком. Можно жить очень далеко от Солнца, в пределах Марса или Юпитера, и иметь при этом достаточную для человека температуру. Можно путешествовать без боязни по всей солнечной системе, удаляясь к Нептуну и приближаться к Меркурию и еще гораздо ближе к Солнцу. Даже у Нептуна света еще довольно для жизни питающих человека растений. Недостает только тепла. Но и его, мы видим, можно получить в достаточной степени.
С явлениями невесомости мы знакомы. Действие пустоты также изучено, хотя здесь пустота совершенная и не ограниченная в объеме. Мы уже говорили, что, затеняя испаряющиеся тела, можно совершенно остановить их испарение. Отсюда способ совершенного хранения газов и других самых летучих веществ. Кроме того, этим способом можно собирать упущенные нечаянно или выпущенные с целью газы и пары летучих веществ. Можно также собирать газы п пары, существовавшие в эфире раньше поселения человека.
Действие обнаженных, чистых, не ослабленных земною атмосферою лучей Солнца неизвестно. Вероятно, они убивают живые существа и обладают большою химическою энергией.
Неиспаряющиеся твердые тела сохраняются тут без изменения. Какое бы сродство к кислороду или другим веществам ни имело тело, оно без атмосферы и соприкосновения с иными телами сохранит здесь свой наружный блеск, вид и состав. Тела кристаллические, приведенные… в аморфное состояние, стремятся с течением времени принять свойственную им кристаллическую форму. Низкая температура также должна ослабить химическое сродство, если не совсем его уничтожить у некоторых тел.
Тела твердые и испаряющиеся должны уменьшаться в объеме и исчезать, обращаясь в пары. Полутвердые тела, как сапожный вар, полурасплавленное стекло и другие аморфные (некристаллические) тела нагреванием превращаются в полужидкое состояние, с течением времени меняют свою форму, закругляя углы и стремясь принять форму шара. Это явление может протекать сотни лет. Когда, наконец, тело получит вид сферы, равновесие формы устанавливается, т. е. она более не меняется.
Жидкость всегда имеет форму шара или стремится ее принять, если нет влияния других соприкасающихся с ней тел. Нарушая вид жидкого шара прикосновениями и давлениями и удаляя снова эти силы, увидим, что жидкость колеблется и быстро принимает прежнюю сферическую форму, после чего наступает равновесие. Давлением можно всячески изменить форму жидкого мячика. Он кажется тем упруже, чем меньше, и напоминает надутый воздухом резиновый шар. Иные формы жидкости, образуемые при участии посторонних тел (например, мыльный пузырь, пластинки жидкости на проволочных фигурах и т. д.), более устойчивы в среде без тяжести, где последняя не способствует нарушению равновесия. Некоторые сплошные формы вполне устойчивы: например, жидкая чечевица в проволочном кольце. Соприкасающиеся шары из одного вещества сливаются в один шар, после нескольких колебаний формы. Один жидкий шар можно лопаткой разбить на многие разных или одинаковых размеров. Шары из разнородных, но способных к смешанию жидкостей также сливаются. Несмешивающиеся жидкости не сливаются в одно, но могут образовать сложную форму; иногда получается шар в шаре.
Испаряющаяся жидкость — серный эфир, спирт, вода — от испарения быстро охлаждаются и замерзают. Оставшаяся твердая часть иногда сохраняет форму шара, иногда разбрасывается на части, прежде чем замерзнет. Приток солнечной энергии мешает сильному понижению температуры, и потому оставшиеся твердые части продолжают испаряться и рассеиваться в пространстве. Проходя мимо какой-нибудь теневой части тел, эти пары снова сжижаются и затвердевают.
Всякое испаряющееся тело можно сохранить только в плотно закрытом сосуде или при очень низкой температуре. Если откроем сосуд с газом, то газ быстро расширяется, отчего охлаждается; часть его от этого ожижается и замерзает, но на твердые его пылинки или более крупные части действует теплота солнечных лучей, и они снова расплавляются, испаряются и обращаются в газы, которые и рассеиваются в пространстве, чтобы сжижаться и отвердевать и холодной части пространства. Если бы тело не вращалось или было бы обращено всегда одной стороной к Солнцу, то эта часть его нагревалась бы, а теневая охлаждалась путем лучеиспускания. При хорошей теплопроводности тела, или при малых его размерах, теплота с освещенной части переходила бы быстро на неосвещенную, и температура всего тела была бы почти одинакова. При худой же теплопроводности или при больших размерах тела получилась бы огромная разница температур, отчего иные тела трескались бы на части. Но трудно представить себе тут не вращающееся тело. Вращаясь же, оно нагревается Солнцем гораздо равномернее. При большой величине тела все же полярные области могут сильно разниться в температуре от экваториальных, отчего поверхность тела может дробиться и даже рассыпаться в порошок, внутренние же части тела могут сохранить свою целость. Вероятно, девственные лучи Солнца здесь, в пустоте, разлагают все сложные и разреженные газы, или, точнее, содержат их в полуразложенном состоянии, что возможно и у нас, на Земле, на границах атмосферы. Там пары воды, может быть, разлагаются на водород и кислород. Последний, как более тяжелый, опускается ниже, а более упругий водород остается. Может быть, разлагается и углекислый газ на кислород и окись углерода. Хотя надо заметить, что количество этих газов, как и паров воды, может быть на высотах только очень ничтожно. Этим отчасти можно объяснить присутствие водорода в атмосфере, хоть он выделяется и при процессах разложения растительных и животных остатков. Водород растений и животных происходит от углеводов, т. е. от углекислоты и воды. При разложении органических тел он обогащает воздух. Но почему его так мало, если он накопляется непрерывно этим путем в течение миллионов лет? Правда, тогда бы количество водорода в атмосфере возрастало неограниченно, так как у нас целые океаны воды. Но на определенной высоте в атмосфере должна быть смесь водорода с кислородом, способная к взрывам. Может быть, во время гроз он и взрывается, образуя пары воды и потоки дождя. Скажу, грозы низки, а подходящая для взрыва пропорция газов находится на большой высоте. А северные сияния (этим я не отрицаю новейших гипотез о происхождении северного сияния) — не представляют ли они такое соединение водорода с кислородом? Может быть, когда водорода накопляется достаточно, он сгорает с эфиром. Может быть, водород уносится солнечными лучами, что, как показывают вычисления, возможно и для молекул всех газов. Но тогда снова возникает вопрос: как не унесена от нас давлением света вся атмосфера?
Химическое действие, конечно, может сильно проявляться только при достаточном разрежении сложных или простых газов, потому что только тогда нагревание газов может дойти до необходимой для разложения или соединения температуры. Хотя в растениях и происходят химические реакции от действия солнечных лучей и разложение углекислоты при низкой температуре и неблагоприятном влиянии плотной атмосферы, но все же углекислый газ очень разрежен, и результаты химической деятельности, как мы знаем, очень несовершенны, так как никогда не утилизируется более 2–5% солнечной энергии, а в среднем еще в 100 — в 500 раз меньше. Притом тут большую роль играют хлорофиллы, благодаря которым растение вбирает в себя новообразованные продукты, так что они не мешают дальнейшему процессу.
СЛОЖНЫЕ ДВИЖЕНИЯ. ОЩУЩЕНИЯ И ИЛЛЮЗИИ
Мы рассматривали до сих пор идеальные роды движений: то правильное круговое, вокруг свободной оси тела, то прямолинейное, параллельное, когда все точки системы описывают прямые пути и с одинаковой скоростью. На практике трудно получить какой-либо из этих движений в отдельности. Все движения сливаются и происходят одновременно. Как мы ни будем ловко сообщать движение телу, непременно и невольно сообщим ему и вращение, и поступательное движение, и колебательное вокруг свободной оси, т. е. неправильность вращательную. Субъективное ощущение сложно двигающегося человека будет таким, если нет ничего, кроме свода: свод вращается вокруг оси, которая сама описывает сложную кривую. Эта кривая будет все более и более приближаться к определенной точке, к полюсу, пока движение не перейдет в правильное вращательное вокруг свободной оси. Поступательное движение совсем не заметим. Если около нас есть относительно неподвижные тела, как почвенник, то будет давать о себе знать и поступательное движение нашего тела. Мы увидим не только описанное движение свода, но и почвенник будет кружиться вокруг нас, вокруг общей с небесным сводом оси; он и все другие предметы будут понемногу, по спиральной линии приближаться к нам или удаляться от нас. После приближения начинается всегда удаление, которое растет без конца. Если окружающие, сравнительно близкие вещи сами имеют движение, то все они покажутся нам двигающимися по спирали и имеющими, кроме того, собственное неправильное или правильное вращение. Оси спиралей имеют всевозможные направления, в зависимости от истинных скоростей наблюдателя и окружающих предметов. Кривая, т. е. спираль, иногда бывает расположена на цилиндре, а вообще — на поверхности, полученной от вращения прямой, т. е. на поверхности гиперболы.ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛ. ТЕМПЕРАТУРА ПРИ ОТСУТСТВИИ СОЛНЦА. ХРАНЕНИЕ ГАЗОВ. НАГРЕВАНИЕ СОЛНЦЕМ. ПОВЫШЕННОЕ НАГРЕВАНИЕ В КОРОБКЕ. ПРИМЕНЕНИЕ СТЕКЛА
Вокруг нас в эфире — пустота, т. е. отсутствие газов и паров. Эфирная среда не есть еще полное отсутствие материи, но эфирное вещество так разрежено, что его как бы и нет. Все же оно потоком звездных частиц и своим ритмическим волнообразным движением несет реки энергии, исходящие из небесных тел, главным образом — от Солнца. В свою очередь и все тела, которые нас окружают, и наши собственные, живые и мыслящие, теряют через тот же эфир свою запасную энергию, свою теплоту. Мельчайшие частицы атомов тел своим колебательным движением возбуждают волнообразное движение в эфире, которое и уносит в форме невидимых или видимых лучей энергию всех тел — холодных и нагретых — в окружающее беспредельное пространство.Каждое тело одновременно получает энергию и теряет ее. В результате устанавливается в теле определенная температура, не вполне равномерная во всех его частях и зависящая от множества усилий, находящихся в самом теле и около него: его теплопроводности, окраски или состояния поверхности от окружающих тел и их состояния и т. п.
Посмотрим сначала, что будет с телом, если устранить действие солнечных лучей. В совершенстве этого исполнить нельзя в нашей среде, где ярко блестит Солнце, но приблизительно можно. Для этого данное испытуемое тело надо затенить. Если перед ним, ближе к Солнцу, поставить несколько хорошо высеребренных полированных экранов, то солнечный свет, падая на первый экран, почти полностью будет отражаться; но все же он немного нагреет его. Лучи эти, слабые от первого экрана, падают на второй экран и также отражаются, совсем почти не нагревая второй экран, и т. д. После трех, четырех отражений действие Солнца на испытуемое тело будет почти уничтожено. Экраны должны быть друг от друга на расстоянии в несколько раз больше, чем данное тело; так же и оно должно быть расположено подальше от экрана, иначе испускаемые телом лучи, отражаясь от блестящего ближайшего экрана, будут в очень большом количестве возвращаться к нему и задерживать его охлаждение. Что же будет при этом затенении тела? Не получая ниоткуда лучей, кроме звезд, лучеиспусканием которых можно пренебречь, как силой незаметной, — испытуемое тело будет только терять свою энергию, приводя, движением атомов и их частиц, эфир в ритмичное движение. Тело будет охлаждаться, и температура его, наверное, будет близка к абсолютному нулю, или -273° Ц ниже нуля. Собственно, трудно представить себе, что будет с телом при этих условиях, так как температура на Земле никогда не была ниже — 271° Ц. Эта температура была получена при испарении жидкого гелия в пустоте; при ней жидкий водород обращается в ледяшку. Что будет с телом при описанных условиях, составляет глубочайшую тайну. Даже представить себе какое-либо решение трудно: не исчезнет ли хоть отчасти тело, не сократится ли во много раз, не изменится ли разительно в своих свойствах? Не получатся ли такие свойства, каких мы даже вообразить себе сейчас не можем? Вот когда явится возможность исследовать качества тел при низкой температуре и сделать величайшие открытия! Известно пока, что при низких температурах коэффициент расширения уменьшит также и теплоемкость, а теплопроводность и электропроводность увеличатся. Вязкость часто увеличивается. Химическое сродство ослабляется.
Все же будут светить на тело звезды, да и ближайший экран будет хоть немного давать тепла. Идеального случая опять не будет, и от тела должно остаться хоть какое-нибудь подобие его. Потом и частицы эфира, даже без влияния Солнца, имеют огромную поступательную скорость движения. Остановится, вероятно, только движение центров молекул или атомов в теле. Но движение более мелких частей, из которых они состоят, останется, благодаря действию эфира.
Обратимся же к нашему практическому случаю затенения тела. Кажется, довольно йодного высеребренного с обеих сторон экрана, чтобы понизить температуру тела более, чем это можно на Земле, в лабораториях. Понятно, что газы обратятся в жидкости и отвердеют, даже лишатся способности давать какие-либо самые незначительные испарения. Таким образом, в эфире легко хранить самые летучие вещества и газы, подвергая их низкой температуре, затененных экранами пространств. Тем более, что твердые и жидкие тела легко теряют способность испарения. Жидкие, разумеется, замерзают, твердые делаются еще тверже. Но могут быть и исключения. Свойства тел не изучены достаточно при низких температурах. Одно кажется верным: уничтожение летучести всех тел и обращение их в твердое состояние. Тело, тщательно загороженное со всех сторон несколькими рядами экранов, хорошо отражающее лучи, будет чрезвычайно медленно охлаждаться, даже при отсутствии Солнца. В идеальном случае оно никогда не охладится, как бы ни было горячо. Применение это имеет при путешествии между звездами, вдали от солнц.
Ясно, что при Солнце, изменяя расположение экранов, число их, свойство их поверхностей, величину их, можно получить любую температуру тела, начиная от абсолютного нуля до неизвестного максимума. Как же велик этот максимум? Займемся его определением. Экраны пока мы устраняем. Тело освещается прямо Солнцем; оно получает от этого энергию и одновременно теряет ее. Приток энергии почти постоянен, но потеря его от лучеиспускания быстро возрастает с температурой тела. Поэтому, при некоторой степени нагревания его, устанавливается равновесие, именно тогда, когда приход сравняется с расходом. Мы ищем максимум нагревания. Поэтому мы должны поставить тело в такие условия, чтобы оно как можно больше поглощало солнечной энергии и как можно меньше теряло своей собственной и заимствованной. Вообразим тело в виде тонкого кружка, расположенного перпендикулярно к солнечным лучам. Чтобы поглощение лучистой энергии Солнца было небольшим, надо, чтобы обращенная к Солнцу поверхность кружка была покрыта сажей, вообще веществом с наибольшой поглощателыюй способностью. Кружок нагревается, но другая его поверхность — теневая — испускает лучи в пространство, ничего не получая взамен, если не считать слабого лучеиспускания звезд. Надо чтобы эта потеря была наименьшей.
Для этого мы высеребрим теневую половину кружка, вообще покроем веществом, мало способным к лучепспусканию. Можно еще заметить это лучеиспускание и почти уничтожить его несколькими задними, такими же, но с обеих сторон блестящими кружками, которые должны быть близко и параллельно расположены друг к другу. Величина их не должна быть меньше нагреваемого Солнцем кружка. Тогда формулы лучеиспускания Стефана, при расстоянии кружка от Солнца, равном расстоянию Земли от того же светила, дадут число, близкое к 150° Ц. В экваториальной части Земли Солнце нагревает почву до 85° Ц, причем атмосфера поглощает почти половину. Если бы не было этого поглощения, то получили бы, по Стефану, около 150°. Следовательно, можно верить приведенному числу. Если возьмем не пластинку, а кривую поверхность, то потеря тепла будет больше, а температура меньше. Но это еще не максимум. Можно еще увеличить эту температуру, если замедлить лучеиспускание и потерю тепла черной стороны диска, обращенной к Солнцу. Сделать это можно так. Возьмем круглую, хорошо высеребренную цилиндрическую поверхность (т. е. трубу), одну неприкрытую сторону которой обратим к Солнцу, а другую аккуратно, без промежутка, закроем нашим кружком. Одним словом, мы берем цилиндрическую, высеребренную, крытую с одной только стороны коробку. Дно ее вычернено сажей, на него падают нормально лучи Солнца. Приход энергии не уменьшен, расход же замедлен тем более, чем длиннее коробка или ось этого цилиндра. Все же коробка должна быть не строго цилиндрической, а с углом между образующими в 1/2°, т. е. почти незаметным. Действительно, тепловые лучи черной поверхности дна коробки не будут расходиться во все стороны беспрепятственно, а будут выходить только узким коническим пучком, тем более тонким, чем коробка длиннее. Можно еще передний конец цилиндра закрыть стеклом, которое бы как можно лучше пропускало световые и ультрафиолетовые лучи и задерживало темные.
* * *
Тогда световые лучи, превращаясь внутри коробки (при падении на черное дно) в темные тепловые, не будут иметь обратного выхода — тепло будет поймано, как рыба в вершу, и потому будет накопляться в коробке, а температура внутри ее повысится. Однако прозрачная середина, в виде стекла, задерживая лучи известной преломляемости, например очень малой и очень большой, т. е. инфракрасные и ультрафиолетовые, и пропуская лучи только средней преломляемости, даст меньше энергии в коробку, а потому температура ее от этого будет ниже. Если стекло таково, что перевешивает последнее обстоятельство, то стекло не будет повышать температуру. Коробкой и стеклом можно еще повысить температуру нашей камеры с 150° Ц до весьма значительной величины, не превышающей, однако, температуру Солнца и на практике, вероятно, не очень высокой. Если коробка сравнительно не очень длинна, то мы пользуемся энергией Солнца, немного отличающейся от той, которая соответствует величине тени тела на плоскость, нормальную лучам Солнца.Совсем другое будет при употреблении зеркал, когда лучистая энергия с большой поверхности скучивается на малой. Тогда, при благоприятных условиях, температуру тела можно довести до температуры, лишь немного меньшей температуры поверхностных частей Солнца. Эта температура в 4 — 5 тысяч градусов совершенно достаточна для всякого рода металлургических процессов.
Есть еще способ получения высокой температуры при экономии расходования солнечной энергии. Камера, где получается высокая температура, имеет вид шара. Внутри и снаружи она покрыта блестящей поверхностью, непроницаемой для большинства лучей. В ней есть только небольшое круглое отверстие, через которое выходит ничтожное количество тепла. Перед этим отверстием находится прозрачная для лучей чечевица с диаметром, равным диаметру шара. На нее нормально падают солнечные лучи, фокус которых попадает в отверстие сферы. Мы тут пользуемся только энергией Солнца, которую и так получил бы наш шар, если бы был открыт для лучей.
Но эта энергия имеет возможность пройти через малые отверстия, которые не позволяют терять много тепла через лучеиспускание внутренности шара. Лучи, пройдя через малые отверстия, расходятся и освещают внутри шара черный экран или помещенные внутри его растения. Тут тепло только приходит, но почти пе уходит. Поэтому температура должна повышаться до весьма высокой степени и, конечно, бедные растения будут ею совершенно сожжены. Полезно употребить несколько концентрических защищающих поверхностей. Потеря тепла еще уменьшится.
Можно для той же цели употребить сферическое зеркало. Тогда отраженные им лучи также могут пройти через малое отверстие, позади сферы, где поместится и зеркало, но несколько сбоку. Можно заставить отражать лучи и переднюю часть нашей камеры. Лучи, отраженные от нее, еще раз отразятся от другого, прикрепленного к ней небольшого зеркала и тогда уже войдут в камеру. Вместо сферических стекол и зеркал можно употреблять цилиндрические, и тогда пучок лучей, в виде линии, будет входить в узкое длинное отверстие цилиндрической камеры. Тут потери тепла будут больше и температура ниже. Сферические стекла невыгодны тем, что много поглощают лучей высокой и низкой преломляемости. Кроме того, при большой их величине они чересчур массивны, т. е. толсты, что еще более задерживает лучи. Их качество — сохранять блестящую и прозрачную поверхность, — столь драгоценное в воздухе, здесь не имеет преимущества, так как тут и металлические зеркала не тускнеют. Итак, мы останавливаемся для получения высоких температур на металлических зеркалах. Их материал может отражать солнечный свет почти без потери, они могут быть поразительно легки или, вернее, не массивны в среде, где нет тяжести, влажности, кислорода и других веществ, портящих поверхность зеркал. Нагреваемые камеры, жилища, оранжереи или заводы чаще имеют вид длинных труб, а потому нагревать их удобнее цилиндрическими зеркалами, производство которых к тому же и проще — стоит только слегка изогнуть плоский лист. Особенной точности формы тут не нужно. У трубы должно быть, вдоль ее по образующей, узкое отверстие. Если цилиндр должен быть закрыт, при содержании в нем летучих тел, то края щели соединяются крепкими металлическими перемычками и промежутки между ними заделываются возможно прозрачным веществом (например, слюдой, чистым кварцем). К щели же примыкают две половины цилиндрического зеркала, обращенные вогнутостью к Солнцу, как и самая цель. Величина зеркала может быть равна среднему продольному сечению трубы, а может быть и больше его. В последнем случае температура в трубе получится еще выше. Лучи, отраженные зеркалом, образуют линейный фокус. Недалеко от него может быть установлено и соединено с трубой другое узкое и длинное, тоже цилиндрическое, но вогнутое зеркало, которое отразит фокусную линию как раз в цель. Тут она расходится в пучок и освещает ярким солнечным светом внутренность более или менее обширной трубы.
Шар или цилиндр со стеклом сферическим или цилиндрическим.
Большое вогнутое зеркало и второе малое выпуклое. Шар или цилиндр с парой зеркал — сферических или цилиндрических, с круглой или длинной прямоугольной щелью, закрытой или не закрытой прозрачной срединой. Но всегда — узкий входящий пучок, что усложняет в случае устройства оранжереи, так как требует рассеяния света.
Для одних работ будут предпочитаться стекла, для других зеркала.
Тонкие кольцевые сферические или цилиндрические зеркала.
Когда камера мала в сравнении с зеркалом.
Итак, мы можем в эфире наблюдать тела при всякой температуре, как на Земле, даже в более широких пределах. Но чего стоит, каких громадных усилий, искусства и учености, получение на Земле температуры, близкой к абсолютному нулю или 4000° Ц! Как мала эта земная среда и как неудобна для опытов исследования тел! Здесь же это очень легко. Любые массы на любое время, без всяких затруднений, мы можем подвергнуть более низкой температуре, чем какая получена в земных лабораториях при испарении гелия в пустоте. Понятно, раз является легкая возможность для всякого получать желаемые температуры, то изучение свойств тел, в зависимости от их температуры, бесконечно уточнится и расширится.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ВЫГОДЫ, ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕЛАЕМЫХ ТЕМПЕРАТУР
Итак, температура наших эфирных камер, например, жилищ, очагов, кухонь, машинных котлов, оранжерей, огородов, полей и т. д., может изменяться самыми простыми, ничего не стоящими средствами почти от абсолютного нуля (-273) до температуры поверхности Солнца (6000° Ц). Вспомним, что наши экраны и зеркала в эфирной пустот никогда не тускнеют, что они невесомы, а потому могут быть очень тонки, дешевы и неограниченно громадны. Тогда понятна будет возможность и удобство их применения. Какие же практические выводы? Их очень много. Постараемся хоть малую часть их перечислить.Жилища обитателя эфирного пространства, без всяких затруднений, могут иметь желаемую температуру. Ее можно сохранять постоянной и можно менять как угодно, останавливая на желаемой высоте. Температура, близкая к температуре человеческого тела, позволит ему обходиться без всяких одежд, кроме украшений и фигового листка. Она уменьшит расход его жизненных сил до минимума. Об отоплении жилищ нет смысла и говорить. Подходящая температура будет всегда к услугам больных, старцев, младенцев, вообще людей всякого возраста, вкуса, состояния, пола и т. п. Бани становятся ничего не стоящими. Дезинфекция жилищ повышенной температурой — один момент. Удобно уничтожение тем же способом всяких зародышей в почве — вместо последующего после сева тяжелого труда выпалывания сорных трав н уничтожения вредителей растений. Подходящая температура для разных сортов полезных растений даст наилучшие урожаи. Легко получение желаемой температуры для кулинарных и технических целей. Как устраивать жилища и технические сооружения с желаемой и быстро (по желанию или надобности) изменяемой температурой — об этом речь впереди. Громадная возможная разность температур позволяет утилизировать солнечную энергию почти целиком. Можно жить очень далеко от Солнца, в пределах Марса или Юпитера, и иметь при этом достаточную для человека температуру. Можно путешествовать без боязни по всей солнечной системе, удаляясь к Нептуну и приближаться к Меркурию и еще гораздо ближе к Солнцу. Даже у Нептуна света еще довольно для жизни питающих человека растений. Недостает только тепла. Но и его, мы видим, можно получить в достаточной степени.
ЛУЧИ СОЛНЦА, ПУСТОТА И НЕВЕСОМОСТЬ ТЕЛ. ЯВЛЕНИЯ: ТВЕРДЫЕ ТЕЛА, ЖИДКИЕ И ГАЗООБРАЗНЫЕ. ДЕЙСТВИЕ ЛУЧЕЙ СОЛНЦА
Сейчас мы и эфире наблюдаем еще пустоту и невесомость тел.С явлениями невесомости мы знакомы. Действие пустоты также изучено, хотя здесь пустота совершенная и не ограниченная в объеме. Мы уже говорили, что, затеняя испаряющиеся тела, можно совершенно остановить их испарение. Отсюда способ совершенного хранения газов и других самых летучих веществ. Кроме того, этим способом можно собирать упущенные нечаянно или выпущенные с целью газы и пары летучих веществ. Можно также собирать газы п пары, существовавшие в эфире раньше поселения человека.
Действие обнаженных, чистых, не ослабленных земною атмосферою лучей Солнца неизвестно. Вероятно, они убивают живые существа и обладают большою химическою энергией.
Неиспаряющиеся твердые тела сохраняются тут без изменения. Какое бы сродство к кислороду или другим веществам ни имело тело, оно без атмосферы и соприкосновения с иными телами сохранит здесь свой наружный блеск, вид и состав. Тела кристаллические, приведенные… в аморфное состояние, стремятся с течением времени принять свойственную им кристаллическую форму. Низкая температура также должна ослабить химическое сродство, если не совсем его уничтожить у некоторых тел.
Тела твердые и испаряющиеся должны уменьшаться в объеме и исчезать, обращаясь в пары. Полутвердые тела, как сапожный вар, полурасплавленное стекло и другие аморфные (некристаллические) тела нагреванием превращаются в полужидкое состояние, с течением времени меняют свою форму, закругляя углы и стремясь принять форму шара. Это явление может протекать сотни лет. Когда, наконец, тело получит вид сферы, равновесие формы устанавливается, т. е. она более не меняется.
Жидкость всегда имеет форму шара или стремится ее принять, если нет влияния других соприкасающихся с ней тел. Нарушая вид жидкого шара прикосновениями и давлениями и удаляя снова эти силы, увидим, что жидкость колеблется и быстро принимает прежнюю сферическую форму, после чего наступает равновесие. Давлением можно всячески изменить форму жидкого мячика. Он кажется тем упруже, чем меньше, и напоминает надутый воздухом резиновый шар. Иные формы жидкости, образуемые при участии посторонних тел (например, мыльный пузырь, пластинки жидкости на проволочных фигурах и т. д.), более устойчивы в среде без тяжести, где последняя не способствует нарушению равновесия. Некоторые сплошные формы вполне устойчивы: например, жидкая чечевица в проволочном кольце. Соприкасающиеся шары из одного вещества сливаются в один шар, после нескольких колебаний формы. Один жидкий шар можно лопаткой разбить на многие разных или одинаковых размеров. Шары из разнородных, но способных к смешанию жидкостей также сливаются. Несмешивающиеся жидкости не сливаются в одно, но могут образовать сложную форму; иногда получается шар в шаре.
Испаряющаяся жидкость — серный эфир, спирт, вода — от испарения быстро охлаждаются и замерзают. Оставшаяся твердая часть иногда сохраняет форму шара, иногда разбрасывается на части, прежде чем замерзнет. Приток солнечной энергии мешает сильному понижению температуры, и потому оставшиеся твердые части продолжают испаряться и рассеиваться в пространстве. Проходя мимо какой-нибудь теневой части тел, эти пары снова сжижаются и затвердевают.
Всякое испаряющееся тело можно сохранить только в плотно закрытом сосуде или при очень низкой температуре. Если откроем сосуд с газом, то газ быстро расширяется, отчего охлаждается; часть его от этого ожижается и замерзает, но на твердые его пылинки или более крупные части действует теплота солнечных лучей, и они снова расплавляются, испаряются и обращаются в газы, которые и рассеиваются в пространстве, чтобы сжижаться и отвердевать и холодной части пространства. Если бы тело не вращалось или было бы обращено всегда одной стороной к Солнцу, то эта часть его нагревалась бы, а теневая охлаждалась путем лучеиспускания. При хорошей теплопроводности тела, или при малых его размерах, теплота с освещенной части переходила бы быстро на неосвещенную, и температура всего тела была бы почти одинакова. При худой же теплопроводности или при больших размерах тела получилась бы огромная разница температур, отчего иные тела трескались бы на части. Но трудно представить себе тут не вращающееся тело. Вращаясь же, оно нагревается Солнцем гораздо равномернее. При большой величине тела все же полярные области могут сильно разниться в температуре от экваториальных, отчего поверхность тела может дробиться и даже рассыпаться в порошок, внутренние же части тела могут сохранить свою целость. Вероятно, девственные лучи Солнца здесь, в пустоте, разлагают все сложные и разреженные газы, или, точнее, содержат их в полуразложенном состоянии, что возможно и у нас, на Земле, на границах атмосферы. Там пары воды, может быть, разлагаются на водород и кислород. Последний, как более тяжелый, опускается ниже, а более упругий водород остается. Может быть, разлагается и углекислый газ на кислород и окись углерода. Хотя надо заметить, что количество этих газов, как и паров воды, может быть на высотах только очень ничтожно. Этим отчасти можно объяснить присутствие водорода в атмосфере, хоть он выделяется и при процессах разложения растительных и животных остатков. Водород растений и животных происходит от углеводов, т. е. от углекислоты и воды. При разложении органических тел он обогащает воздух. Но почему его так мало, если он накопляется непрерывно этим путем в течение миллионов лет? Правда, тогда бы количество водорода в атмосфере возрастало неограниченно, так как у нас целые океаны воды. Но на определенной высоте в атмосфере должна быть смесь водорода с кислородом, способная к взрывам. Может быть, во время гроз он и взрывается, образуя пары воды и потоки дождя. Скажу, грозы низки, а подходящая для взрыва пропорция газов находится на большой высоте. А северные сияния (этим я не отрицаю новейших гипотез о происхождении северного сияния) — не представляют ли они такое соединение водорода с кислородом? Может быть, когда водорода накопляется достаточно, он сгорает с эфиром. Может быть, водород уносится солнечными лучами, что, как показывают вычисления, возможно и для молекул всех газов. Но тогда снова возникает вопрос: как не унесена от нас давлением света вся атмосфера?
Химическое действие, конечно, может сильно проявляться только при достаточном разрежении сложных или простых газов, потому что только тогда нагревание газов может дойти до необходимой для разложения или соединения температуры. Хотя в растениях и происходят химические реакции от действия солнечных лучей и разложение углекислоты при низкой температуре и неблагоприятном влиянии плотной атмосферы, но все же углекислый газ очень разрежен, и результаты химической деятельности, как мы знаем, очень несовершенны, так как никогда не утилизируется более 2–5% солнечной энергии, а в среднем еще в 100 — в 500 раз меньше. Притом тут большую роль играют хлорофиллы, благодаря которым растение вбирает в себя новообразованные продукты, так что они не мешают дальнейшему процессу.