Нурбей Гулиа. Удивительная физика

      Магнитная жидкость может играть роль не только смазки, но и самого подшипника. Если при вращении вала привести ее в быстрое вращение с помощью специальных насечек на поверхности вала, то в ней всплывут даже тяжело нагруженные валы (рис. 354). Такие подшипники называются магнитогидродинамическими.
 

Рис. 354. Магнитогидродинамические подшипники:

       а – радиальный подшипник; б – упорный подшипник; F – силы
 
      Магнитная жидкость обладает еще одним удивительным, поистине уникальным свойством. В ней, как и в любой жидкости, плавают тела менее плотные и тонут тела более плотные, чем она сама. Но если приложить к ней магнитное поле, то утонувшие тела начинают всплывать. Причем чем сильнее поле, тем более тяжелые тела поднимаются на поверхность. Прикладывая различное по напряженности магнитное поле, можно заставлять всплывать тела с какой-то заданной плотностью. Это свойство магнитной жидкости применяют сейчас для обогащения руды. Ее топят в магнитной жидкости, а затем нарастающим магнитным полем заставляют всплывать сначала пустую породу, а затем уже и тяжелые куски руды.
      Есть даже печатающие и чертежные устройства, работающие на магнитной жидкости. В краску вносится немного магнитной жидкости, и такая краска выбрызгивается тонкой струйкой на протягиваемую перед ней бумагу. Если струю ничем не отклонять, то будет начерчена линия. Но на пути струйки поставлены электромагниты, подобно отклоняющим электромагнитам кинескопа телевизора. Роль потока электронов здесь играет тонкая струйка краски с магнитной жидкостью – ее-то и отклоняют электромагниты, и на бумаге остаются буквы, графики, рисунки.
      Применяют магнитную жидкость и для сбора различных нефтепродуктов на поверхности морей, океанов, озер. Часто случается так, что человек не в состоянии предотвратить загрязнение нефтепродуктами поверхности воды, например, при аварии танкера с нефтью, когда громадное пятно покрывает многие квадратные километры моря, загрязняя все вокруг. Очистка воды от таких загрязнений – дело очень трудное, долгое и не всегда выполнимое. Но и здесь помогает магнитная жидкость.
      На разлившееся пятно с вертолета разбрызгивают небольшое количество магнитной жидкости, которая быстро растворяется в нефтяном пятне, затем в воду погружают сильные магниты, и пятно начинает стягиваться в точку, здесь же его откачивают насосы. Вода вновь становится чистой.
      А какой простор магнитным жидкостям в медицине! Представим себе, что каким-нибудь лекарством надо лечить определенную часть тела, не затрагивая всего остального организма. Например, нужно, чтобы оно сосредоточилось в каком-либо органе человека, а кровь разносит его по всему телу. Замешав лекарство на магнитной жидкости, его вводят в кровь, а затем возле больного места устанавливают магнит. Естественно, магнитная жидкость, а вместе с нею и лекарство вскоре соберутся возле магнита и будут действовать только на заболевшую часть тела.

А не купить ли магнитную челюсть?

      Разговоры о лечебных свойствах магнитов, как и о методах лечения ими, идут с глубокой древности.
      Правда, сведения эти бывали противоречивы. Вот что писал об этом «отец магнетизма» Гильберт. «Диоскорид учит, что магнит с водой, смешанной с медом… дается для излечения жирной влаги. Гален пишет, что магнит обладает силой, подобной силе гематита. Другие передают, что магнит причиняет умственное расстройство, делает людей меланхоликами и чаще всего убивает их. Жители Ост-Индии передают, что магнит, принимаемый в небольшом количестве, сохраняет молодость, поэтому, как говорят, старый царь Зэйлам приказал изготовить из магнита миски, в которых ему готовили пищу».
      Сам Гильберт, например, считал, что «в чистом виде магнит может быть не только безвредным, но и иметь способность привести в порядок слишком влажные и гниющие внутренности и улучшить их состав». Сказано не слишком научно для лейб-медика королевы Елизаветы и одного из крупнейших ученых своего времени, но доля истины в этом есть.
      Недаром о магните, как о лекарстве, писали знаменитые врачи древности, такие, как основатель медицины Гиппократ, древнеримский врач Гален, средневековый медик Парацельс. Магниты с целью исцеления в древности носили на груди, на поясе, привязывали к рукам и ногам. Древние египтяне толкли магнит в порошок и принимали его внутрь, веря, что он сохраняет молодость. Современник и друг композиторов Моцарта, Гайдна и Глюка, знаменитый доктор из Вены Франц Месмер лечил магнитом самые разнообразные болезни.
      Началось все с того, что в 1774 г. Месмер стал прикладывать магниты к больному месту своих пациентов, и неожиданно для него множество болезней, которые до этого не поддавались лечению, стали проходить. В 1775 г. Баварская академия избрала за это Месмера своим членом.
      Месмер считал, что вся вселенная и живые существа пропитаны магнитной жидкостью или газом – флюидом. Вокруг человека распространяется магнитная атмосфера, а на его теле обнаруживаются магнитные полюса. Если флюид течет в теле человека в правильном направлении, то все хорошо, а если нет – то человек заболевает. В этом случае на тело в определенном месте нужно положить магнит, который своим флюидом исправляет положение, и больной выздоравливает.
      Дело доходило до курьезов. Например, в 1780 г. в Лондоне был открыт медицинский кабинет под названием «Замок здоровья». Гвоздем программы исцеления в этом замке была «звездная постель», расположенная на сорока крупных магнитах. За огромные деньги – 100 фунтов – больной мог провести ночь на «звездной постели» и подвергнуться лечебному действию магнитов.
      В 1777 г. Французское Королевское медицинское общество организовало комиссию, проверившую успешность лечения магнитами, и пришла к выводу, что «нельзя не признать лечебного действия магнита». Особенно был рекомендован магнит для лечения нервных болезней, судорог, конвульсий и головных болей.
 

Рис. 355. «Магнетическая атмосфера» доктора Дюрвиля (а) и человеческий магнетизм в его представлении (б) («+» – южный полюс; «-» – северный)

      Французский врач Дюрвиль намагничивал воду при помощи сильного подковообразного магнита, а затем лечил этой водой своих пациентов. «Магнитная» вода помогала зарубцовывать раны, исцеляла язвы.
      Доктор Дюрвиль считал, что вокруг человека существует некая «магнетическая атмосфера» (рис. 355, а), а сам человек обладает магнетизмом с его северным и южным полюсами (рис. 355, б).
      В XIX веке в гомеопатических аптеках Петербурга и Москвы во всю продавали «лечебные магниты», например магнитные нагрудники (рис. 356). Врачи, рекламируя эти магниты, писали:
 

Рис. 356. Магнитные нагрудники, которые в XIX в. выпускались массово, различных размеров

      «С помощью магнитов жизнь, потухающая в теле, истощенном от длинного ряда страданий, возрождается точно от прилива новых сил».
      В последнее время, когда стали уделять усиленное внимание побочному действию химических лекарств, врачей опять привлекли старые методы лечения, в том числе и магнитами – магнитотерапия.
 

Рис. 357. Старинный лечебный магнитный браслет

      Сейчас достаточно распространены магнитные браслеты (рис. 357), служащие для выравнивания кровяного давления и успокаивающе действующие на человека. Поверьте, это тоже хорошо забытое старое!
      Автор когда-то вшил сильный редкоземельный магнит в тыльную часть галстука и долго носил этот галстук на шее. Но кровяное давление и самочувствие нисколько не изменились. А вот знакомому, которому автор одолжил поносить галстук, он помог. Опять противоречивость показаний!
      Особняком стоят опыты по выявлению действия на человека и животных сильных магнитных полей.
      Еще в 1892 г. в лаборатории Эдисона помещали между полюсами сильного магнита собаку, а когда исследователи убедились, что ничего вредного не произошло, поместили туда мальчика. (Опыт, который сегодня сочли бы преступлением!) Но ничего плохого и с мальчиком не произошло. Был сделан вывод о безвредности сильных магнитных полей на организм.
      Один из таких «безрассудных» опытов описал физик В. П. Карцев в своей книге по магнетизму.
      «Я помню, как молодой инженер, решив доказать безвредность магнитного поля, сунул голову в зазор электромагнита мощной атомной машины.
      – Ну и как? – спросили его.
      – Ничего особенного. Только когда вылезаешь, словно какая-то вспышка перед глазами, как от фотографического «блица».
      Эту вспышку ученые называют фосфеном. Вероятнее всего, она связана с тем, что при изменении магнитного поля (когда человек уходит из сферы действия магнитного поля или входит в нее) в тканях мозга наводятся «посторонние» биотоки, искажающие обычную картину».
      Однако тщательные исследования нахождения живых организмов в сильных магнитных полях выявили изменения в крови и ряд других нежелательных явлений. Поэтому врачи признали длительное нахождение в сильных магнитных полях вредным.
      Говоря о влиянии магнитов на здоровье людей, нельзя не упомянуть о магнитных инструментах и протезах. Всем известен хрестоматийный пример, когда электромагнитом извлекают стальную соринку или стружку из глаза. Придумали такой способ более 100 лет назад в Англии. Столько же лет известен метод обнаружения и извлечения электромагнитом металлических осколков из ран. В 1887 г. этот метод был опробован на американском президенте Дж. Гарфил-де, в которого стреляли при покушении.
      Магнитными зондами легко извлекать из желудка случайно проглоченные стальные предметы. На конце этого зонда находится сильный электромагнит, питаемый снаружи по гибким изолированным проводам.
      Во время Первой мировой войны электромагнитом извекали из ран стальные осколки, причем питали его уже не постоянным, а переменным током, что облегчало процедуру.
      Тогда же, в 1915 г., в Америке была изобретена «магнитная рука», т. е. протез руки с электромагнитом на конце. Питаясь от батарейки, этот электромагнит позволял инвалиду удерживать различные инструменты с железными рукоятками.
      Интересен магнитный протез челюсти, в которой зубы изготовлены из сильных магнитов, направленных одноименными полюсами друг к другу. Такая челюсть хорошо удерживается во рту из-за отталкивания зубов-магнитов. Одно плохо – стоит зазеваться, как у тебя автоматически открывается рот!

Куда сбежал Северный полюс?

      Иногда, когда хотят подчеркнуть незыблемость чего-то, сравнивают это со стрелкой компаса, указывающей на север. Большинство людей наивно считают, что эта стрелка действительно указывает на север, причем так было и так будет всегда. Наверное, многие из читателей этой книги тоже именно так и думают.
      Оказывается, стрелка компаса указывает вовсе не на север, а на место, совершенно случайно сегодня оказавшееся около географического Северного полюса – Южный магнитный полюс. Географические полюса – это точки выхода оси вращения Земли. Последний раз Южный магнитный полюс достаточно точно совпадал с Северным географическим полюсом в 1663 г. Как это установили ученые, еще будет сказано. А что касается магнитных полюсов Земли, в частности Южного, то он совершает самые замысловатые, непредсказуемые сегодня путешествия по земному шару.
      700 миллионов лет назад этот полюс находился у берегов современной Калифорнии (точка А, рис. 358). Затем он начал смещаться на юг, прошел практически по экватору на запад, 200—300 миллионов лет назад оказался у берегов Японии (опять-таки современной!), только потом повернул на север и в 1663 г. совпал с географическим Северным полюсом Земли (точка В).
 

Рис. 358. «Путешествие» Южного магнитного полюса (линия АВ – по данным европейских ученых; линия А ? В ? – по данным американских ученых)

      Это по данным европейских ученых. Американские палеонтологи тоже занимались вопросом «путешествия» магнитных полюсов Земли, но их результаты сильно отличаются от европейских. Так, американцы считают, что этот полюс 700 миллионов лет назад начал свое путешествие с середины Тихого океана (точка А?), потом сместился не столько на юг, сколько на запад, прошел через Китай, Монголию и нашу страну, описал петлю около Северного географического полюса и подошел достаточно близко к нему (точка В?). Современное положение Южного магнитного полюса у американских и европейских палеонтологов разногласий не вызывает.
      Если бы австралийские или африканские ученые занялись вопросом путешествий магнитных полюсов Земли, то их данные тоже не совпали бы друг с другом.
      В чем же дело? Ясно, что Земля имеет всего два магнитных полюса и Южный магнитный полюс мог двигаться лишь по одной-единственной траектории. Чем же вызваны расхождения в показаниях ученых разных стран?
      Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте разберемся, каким образом ученые находят положение магнитных полюсов Земли в далеком прошлом.
      Исследованием магнитного поля Земли в прошедшие геологические эпохи, отделенные от нас иногда сотнями миллионов лет, или палеомагнетизмом Земли, занимается молодая наука – палеомагнетология, что в переводе означает «наука о древнем магнетизме». Исследования ученых-палеомагнетологов опираются на изучение остаточной намагниченности горных пород, которая возникла при их образовании.
      Это происходило во время извержения расплавленных горных пород миллионы лет назад. Раскаленная лава, содержащая частички железа, остывая в поле земного магнетизма, получала намагниченность, зависящую от положения магнитных полюсов Земли. Эта намагниченность сохранялась миллионы лет без изменений и была измерена палеомагнетологами с помощью современных точных приборов. Зная возраст горной породы и направление ее намагниченности, нетрудно установить и положение магнитных полюсов Земли в этот период.
      А проследить перемещение магнитных полюсов за последние несколько тысячелетий можно с очень большой точностью – огромное количество данных об этом предоставляет ученым древняя обожженная керамика. Керамические изделия, возраст которых можно установить уже с большей точностью, сохраняют свой магнетизм, полученный при остывании после обжига. И если такое изделие не попадало в случайный пожар уже после своего изготовления, то оно служило неопровержимым свидетельством расположения магнитных полюсов Земли при своем рождении.
      Осадочные породы, возникающие при медленном осаждении в воде мельчайших частичек, тоже хорошие свидетели изменений земного магнетизма. Частички эти очень долго находятся в воде во взвешенном состоянии, подобно стрелкам компаса ориентируются в магнитном поле Земли и в таком положении оседают. Так возникает ориентированная на древние полюса Земли намагниченность осадочных пород.
      А в самое последнее время положение магнитных полюсов измеряют и регистрируют точные приборы. Так вот, за 20 лет, с 1928 по 1948 гг. Южный магнитный полюс Земли сместился на 150 км! Если бы он все время смещался с такой скоростью, а именно 7,5 км в год, то за 100 миллионов лет он исколесил бы вдоль и поперек всю поверхность Земли.
      А теперь, когда мы уже знаем о непостоянстве расположения магнитных полюсов Земли, вернемся к вопросу, почему же не совпадают положения этих полюсов, вычисленные учеными разных континентов. Ведь в один и тот же момент времени положение полюса одно-единственное, и ошибка не может быть столь большой, если, конечно, намеренно не переместить самих свидетелей палеомагнетизма. Но какими силами можно искусственно перенести на сотни и тысячи километров и развернуть при этом грандиозные количества вулканических и осадочных пород? Напрашивается единственный вывод: сами материки дрейфовали вместе с этими породами, проходили огромные расстояния, плавая на жидком и раскаленном центре Земли, как льдины в океане. Так вот, если проверить пути этого дрейфа, мысленно прокрутить картину назад на сотни миллионов лет, то материки сойдутся в один суперконтинент, называемый Гондвана, или Пангея (рис. 359).
 

Кто «запятнал» Солнце?

      Итак, наша Земля – все-таки магнит с двумя явно выраженными Северным и Южным полюсами, или дипольный магнит. Пусть эти полюса гуляют как хотят, пусть меняются местами, пусть магнетизм Земли ослабевает или усиливается, но Земля – это магнит.
      Но вот ближайшая соседка Земли – Луна – почти полностью лишена магнетизма. Это было доказано и спутниками, и приборами, непосредственно установленными на Луне. Магнитный компас, таким образом, был бы бесполезен на Луне.
      У Меркурия, планеты наиболее близкой к Солнцу, магнитное поле дипольное, подобно земному, но примерно в 100 раз слабее. Если учесть, что и на Земле оно не очень сильно, то на Меркурии его обнаружить непросто.
      Планета Венера оказалась почти начисто лишенной магнитного поля, по крайней мере существующего в глубине ядра. Оно в 10 000 раз слабее земного. Конечно, мощная атмосфера Венеры реагирует на потоки солнечной плазмы, и в ней возникает наведенный магнетизм. Но сама планета вращается очень медленно, и с этим связывают отсутствие всякого рода течений в ее ядре, порождающих магнитное поле.
      У Марса слабенькое магнитное поле, о котором сказать можно разве только то, что оно чуть сильнее, чем у Венеры и имеет характер дипольного.
      Остались еще пять планет. Про магнитные поля Урана, Нептуна и Плутона пока ничего определенного сказать нельзя, зато Юпитер и Сатурн с лихвой окупили скудость сведений о магнитных полях остальных планет.
      На Юпитере – планете-гиганте – самое гигантское магнитное поле. Оно, как и у Земли, двухполюсное – дипольное, но почти в 200 раз сильнее. Интересно, что на Юпитере, в отличие от Земли, магнитные полюса приближены к одноименным географическим, т. е. Южный магнитный полюс – в Южном полушарии, а Северный – в Северном.
      Такая же картина наблюдается и на Сатурне. Сама эта планета поменьше Юпитера, жидкое ядро ее тоже невелико, поэтому магнитное поле Сатурна похоже на поле Юпитера, но послабее.
      Итак, осталось еще одно, главное тело Солнечной системы – ее центр, само Солнце. И хотя это самая близкая к нам звезда расположена очень далеко – почти в 150 млн км от Земли, магнитное поле Солнца оказывает чрезвычайно большое влияние на нас с вами. Самое интересное явление на Солнце с точки зрения его магнетизма – это пятна на его поверхности.
      Солнечные пятна первым заметил в 1611 г. священник-иезуит Шейнер, который, рассматривая светило в недавно построенную Галилеем подзорную трубу, увидел на его поверхности темные пятна. Как и положено было в иезуитском ордене с его строжайшей дисциплиной, Шейнер доложил о своих наблюдениях генералу ордена. Тот не пожелал даже проверить сообщение Шейнера, посоветовав ему помалкивать для собственной же пользы. Время было такое, что можно было угодить и на костер.
      Отношение к Солнцу, как к чему-то идеальному, было настолько сильно, что даже великий Галилей не поверил сообщению Шейнера и заявил: «Солнце – глаз мира и не может страдать бельмами!»
      Случилось так, что на протяжении почти 70 лет, с 1645 по 1715 гг. пятна на Солнце практически не появлялись, что сильно подорвало доверие к открытию Шейнера. Но шила в мешке не утаишь, Солнце стали пристально рассматривать в телескопы и, наконец, после большого перерыва, снова увидели там пятна. Не оставалось ничего другого, как «простить» их Солнцу, закрепив это поговоркой: «И на Солнце бывают пятна!»
      Люди стали гадать: чем объяснить темные пятна на раскаленной поверхности светила?
      В 1800 г. знаменитый английский астроном У. Гершель предложил фантастическую гипотезу, от которой нашему современнику может стать не по себе. В глубине Солнца имеется разумная жизнь, там прохладно, а пятна – это проступающие сквозь раскаленные облака темные участки холодной коры. И эта идея почти целый век считалась рабочей гипотезой!
      Наконец, в 1908 г. американский ученый Д. Хейл обнаружил, что в пятнах Солнца сильное магнитное поле – около 3 000 эрстед. На остальной поверхности поле в тысячи раз меньше, что дало повод увидеть в пятнах полюса магнита, вышедшие наружу, на поверхность Солнца.
      Оказывается, в недрах Солнца существуют магнитные трубки-кольца, параллельные экватору, образованные тем же динамопроцессом, что и в недрах Земли. Только на Солнце, в силу различных причин, связанных с его размерами и процессами, происходящими в глубинах, трубки эти могут иметь различные направления силового поля, причем существующие одновременно. Медленно всплывая на поверхность Солнца, эти трубки раскрываются, образуя разомкнутыми концами полюса магнита.
      Общее магнитное поле Солнца меняется по 11-летнему циклу, так что в течение 11 лет Северный магнитный полюс находится в Северном полушарии, а Южный – в Южном. Следующие 11 лет полярность магнитных полюсов противоположна географическим. Но самое удивительное то, что эта «переполюсовка» происходит не одновременно, и на несколько месяцев или на год Солнце превращается в огромный монополь – загадочный магнит только с одним-единственным полюсом.
 

Рис. 360. Выход трубок линий на поверхность Солнца

      При «всплывании» магнитной трубки из недр Солнца на его поверхности в течение нескольких дней развиваются солнечные пятна (рис. 360). Сначала в месте выхода концов трубки появляются одна или несколько видимых в телескоп черных точек диаметром в сотни километров, а затем за один-два дня они разрастаются в пятно размером в десятки тысяч километров.
      Следовательно, «запятнал» Солнце магнетизм. И, забегая вперед, скажем, что эти, казалось бы, далекие от нас магнитных силовых пятна на светиле, играют в нашей жизни огромную роль!

Земное эхо солнечных бурь

      Момент появления на Солнце пятен характеризуется максимумом солнечной активности, который тоже имеет период в 11 лет. С солнечной активностью, или солнечными бурями, связан целый ряд земных событий, играющих большую роль в нашей с вами жизни. Эта связь была наиболее полно замечена, изучена и описана русским ученым А. Л. Чижевским. Ученый заметил, что самые разнообразные процессы на нашей планете обычно имеют циклический характер и возникают одновременно, причем эти процессы тесно связаны с изменением магнитной активности Солнца.
      Так, например, периодичность вспышек эпидемий, болезней животных и растений совпадает с периодом солнечной активности. Чижевский публично высказал свои первые соображения на этот счет еще в 1915 г. (рис. 361).
 

 
      «Астронома, читающего эпидемиологию холеры, невольно изумляет тот факт, что хорошо знакомые ему годы солнечных бурь и ураганов вызывают столь великие бедственные явления, и, наоборот, годы солнечного успокоения и мира совпадают с годами освобождения человека от безграничного ужаса перед этим неодолимым невидимым врагом».
      Чтобы убедиться в достоверности связи эпидемий с периодичностью солнечной активности, Чижевский воспользовался методом, названным впоследствии методом наложения эпох. Ученый получил среднюю кривую активности Солнца за девять периодов, а затем в те же периоды по годам вставил статистические данные о заболеваниях холерой в России. И глазам предстала картина замечательного параллелизма двух рядов явлений: солнечной деятельности и хода развития эпидемий холеры в России за 100 лет (см. рис. 361, б). Та же связь была прослежена для эпидемий гриппа (см. рис. 361, в) и целого ряда других болезней. Появилась возможность прогнозировать эти эпидемии и противостоять им во всеоружии.
      Чем же объясняется эта таинственная связь таких, казалось бы, не похожих друг на друга явлений, как солнечный магнетизм и жизнь на Земле? Чижевский открыл, что жизненные функции болезнетворных бактерий, а также устойчивость к ним человека, животных и растений находятся в прямой связи с электромагнитными возмущениями в атмосфере Солнца и на Земле.
      Подсознательно это ощущали и древние, отчего у них и появились соответствующие приметы – знамения. Но древние не могли объяснить связи стихийно-природных явлений и различных бедствий на Земле. Они увлекались поэзией сравнений, впадали в мистику. А тогдашние ученые, критикуя всякого рода природные предзнаменования, не учитывали их реальной связи с массовыми заболеваниями, стихийными бедствиями и другими явлениями на Земле.
      Просто удивительно, на какие только стороны нашей жизни не влияют солнечные пятна! Частота гроз и бурь, урожай зерновых культур и других растений, даже рождаемость детей находятся в явной связи с активностью магнитного поля Солнца – солнечными пятнами.
      Вот краткий перечень основных явлений на Земле, явно связанных с появлением солнечных пятен:
      1. Величина урожая злаков (см. рис. 361, д) и цены на зерно.
      2. Урожай и качество винограда.
      3. Рост древесины (толщина годовых колец).
      4. Время зацветания и пышности цветения растений.