Микроскоп– устройство для увеличения изображения мелких предметов. Оптические микроскопы достигают увеличения в 2000 раз.
Неемия Грю(1641–1712) – английский ботаник, первым начавший изучать под микроскопом анатомию растений.
Ренье де Грааф(1641–1673) – голландский врач и анатом.
Антони ван Левенгук(1632–1723) – голландский естествоиспытатель, открывший микроорганизмы. В 1680 году избран членом Лондонского королевского общества.
Роберт Гук(1635–1703) – английский ученый. Открыл закон Гука в теории упругости и много других научных законов и природных феноменов. В 1665 году опубликовал книгу «Микрография», описывающую результаты микроскопических исследований, включая открытие растительных клеток.
ДНК– дезоксирибонуклеиновая кислота, длинная (до 5 сантиметров у человека) молекула, в которой записана информация о программе развития и функционирования организма. Служит для передачи генетической информации от родителей к детям.
Хромосомы– внутриклеточные структуры, которые содержат плотно смотанную нить ДНК. Полный набор хромосом образует геном организма.
Сказка об инженере Расселе, который мчался за волной на лошади
Сегодня сказку детям читала королева Никки, приехавшая в гости к Дзинтаре. Впрочем, слово «читала» тут не очень подходило – Никки обычно щедро приправляла прочитанное собственными замечаниями и шутками – так что не всегда было понятно, где блюдо, а где приправа, но всегда было вкусно – то есть интересно.
На улице шел шумный теплый дождь. Интересно – куда он шел? Но дети не смотрели в окно, а слушали сказку.
– Эта история случилась в Англии. В начале девятнадцатого века здесь разгорелась война между кораблями и паровозами.
Британские сельские дороги всегда были дрянь. Стоило пройти дождю – и они превращались в полосы отличной вязкой грязи. А как возить грузы из села в город? Морем!
Поэтому вокруг островной Англии густо сновали парусные барки и чумазые пароходики. Более того – собственники кораблей объединились и прокопали массу каналов – чтобы открыть дорогу в глубь суши для барж и лодок. Водный канал был настолько гладкой и удобной дорогой, что пара лошадей легко тащила за собой многотонную баржу, правда, с небольшой скоростью.
И вдруг у каналокопателей начались напасти!
Мелкие пароходы просто сошли с ума: они вылезли на берег, обзавелись колесами и назвались ПАРОВОЗАМИ, прямо намекая, что сухопутный ПЕРЕВОЗ сейчас их дело.
Паровозы раздвигали носом воздух, а не воду, поэтому двигались заметно быстрее пароходов и барж. Паровозам понадобились гладкие железные дороги, но и их прокладывать было легче, чем копать каналы, – особенно в горах.
Но так просто корабельщики отдавать сушу паровозникам не собирались.
* * *
Незадолго до этого шотландец Хьюстон случайно сделал замечательное открытие. Однажды его лошадь, тащившая баржу, испугалась и помчалась во весь опор. И тут Хьюстон заметил, что, когда баржа достигла более высокой скорости, чем обычно, буксирный канат ослаб, и лошадь побежала гораздо легче. Тогда Хьюстон купил несколько легких суденышек и стал буксировать их по-новому. Если обычно баржи на каналах двигались со скоростью 6–9 км в час, то теперь лошадей стали погонять кнутами до тех пор, пока они не разгоняли лодку до двойной скорости. И тут происходило чудо: лодка дальше продолжала двигаться на гребне своей собственной волны – и буксировать судно становилось легче.
* * *
Надеясь увеличить скорость движения барж по каналам, корабельщики наняли молодого талантливого инженера Рассела для изучения этого интересного эффекта «лодок-летунов», который обещал немалую выгоду судовладельцам.
Его исследования показали, что при определенной скорости усилие, необходимое для буксировки баржи, резко падало: при 12 км в час оно составляло 225 кг, а при 14 км в час – 127 кг. Почти в два раза меньше! Чудеса! Быстрый ход лодки требовал меньшей тяги!
Свои эксперименты инженер проводил на канале возле шотландского города Эдинбурга.
В один из жарких августовских дней Рассел, сидя на вороном коне и держа часы в руках, следил за шеститонной баржей, которую тянула за собой пара гнедых коренастых лошадок. Молодой человек записывал данные измерений в блокнот и заставлял лошадей тащить баржу то медленнее, то быстрее.
В тот момент, когда баржа резко остановилась, инженер заметил поразительное явление. Позже он рассказывал о событиях этого дня так: «Я наблюдал за движением баржи, которую с большой скоростью тянула по узкому каналу пара лошадей, как вдруг баржа резко остановилась. Но отнюдь не остановилась приведенная ею в движение масса воды в канале. Неистово бурля, она стала собираться вокруг носовой части судна, а затем вдруг, приняв форму обособленного крупного возвышения – округлого и резко очерченного скопления воды, продолжила свой путь по каналу без сколько-нибудь заметного изменения формы или уменьшения скорости. Я поскакал за ней верхом, и, когда нагнал ее, она все еще катила вперед, сохраняя свою первоначальную форму в виде фигуры футов тридцати длиной и один-полтора фута высотой. Высота скопления постепенно уменьшалась, и, проскакав за ним одну-две мили, я потерял его в извивах канала. Такой оказалась в августе 1834 года моя первая встреча со столь своеобразным и прекрасным явлением».
Рассел назвал этот горб, который нес на себе легкие лодки, «волной-перевозчиком». Волна так заинтересовала инженера, что он построил модель канала в лаборатории и повторил это явление в миниатюре. Рассел был очень увлеченным инженером: он даже выкопал в саду бассейн для гидродинамических опытов.
– А мы устраиваем бассейны, чтобы самим купаться! – сказала Галатея. – Вот чудаки!
– Открытие инженера Рассела, – улыбнувшись, продолжила Никки, – несмотря на свою наглядность, было встречено с недоверием среди маститых ученых. Среди них был математик и королевский астроном Джордж Эйри, а также видный специалист в гидродинамике, президент Королевского общества и баронет Джордж Стокс. Дело в том, что наблюдение Рассела противоречило законам классической гидродинамики. Каждый знает, как распространяются волны на воде от брошенного камушка – образуя цепь кольцевых гребней и быстро затухая.
– Подожди, Никки! – воскликнула Галатея, взяла из цветочного горшка маленький камень, потянулась к аквариуму, стоящему на подоконнике, и бросила в него камушек.
Рыбки укоризненно разбежались по углам, а Галатея внимательно проследила за волнами, расходящимися после падения камня.
– Продолжай, пожалуйста! – вежливо сказала девочка, вернувшись на свое место.
– ЛИНЕЙНОЕ волновое уравнение, описывающее волны от падающего камня, было хорошо известно. Но существование уединенной волны, которая распространяется на длинные расстояния, категорически противоречило классическим линейным уравнениям гидродинамики.
Но постепенно скепсис сменился интересом. Французский физик Жозеф Буссинеск вывел НЕЛИНЕЙНОЕ уравнение, описывающее уединенную волну Рассела. Позже лорд Рэлей тоже предложил математическое описание этого феномена. Окончательная точка была поставлена в 1895 году профессором Амстердамского университета Кортевегом и его студентом де Фризом. Нелинейное уравнение, которое известно сейчас как уравнение Кортевега – де Фриза, имело решение в виде уединенных волн, позже названных солитонами.
Сейчас мы понимаем, что Рассел не просто открыл новое гидродинамическое явление, он открыл целый новый мир – мир нелинейной физики, вернее, НЕЛИНЕЙНОЙ НАУКИ. Что такое линейная наука? Это когда два плюс два равно четырем. Нелинейная – это когда два плюс два равно пяти, а то и десяти, а может – и сотне.
– Ух ты, я обязательно скажу это учителю! – воскликнул Андрей.
– Типичное нелинейное явление – торнадо или смерч, который внезапно складывается из обычных атмосферных движений и мчится разрушительным вихрем, вращающимся со скоростью в тысячу километров в час.
Да, маленькие волны, расходящиеся вокруг камушка, хорошо объясняются линейным уравнением, но без нелинейной физики невозможно понять, как возникают штормовые валы, украшенные белыми гребнями, или кипящие прибойные волны, разбивающиеся о песчаный берег, или грозное цунами, которое незаметно перемещается на многие тысячи километров в открытом океане, взметаясь на прибрежном мелководье огромной стеной из воды.
Уравнение Кортевега – де Фриза стало одним из главных инструментов нелинейной науки, а солитоны оказались распространенными явлениями в природе. Что там далеко ходить – посмотрите в окно!
