Воображаемая жизнь - Майкл Саммерс Страница 28

Осознаёте вы это или нет, но вы прожили всю свою жизнь на дне океана. Конечно, это не океан воды, а океан газов, который мы называем нашей атмосферой. Нарисуйте у себя в голове такую картину: отметьте у себя на ладони 1 квадратный дюйм (около 6 кв. см) и представьте себе трубку, поднимающуюся от неё до самого космоса. Если вы стоите на уровне моря, вес воздуха в этой трубке составляет около 14,7 фунтов (6,5 кг). Этот вес давит на вашу руку, и для того, чтобы противостоять ему, ваше тело создаёт равную ей силу противодействия в 14,7 фунтов.

Наши тела оказывали это противодействие на протяжении всей нашей жизни, так что это не то, что мы обычно осознаём. Мы замечаем это только тогда, когда находимся в среде, где внешнее давление сильно отличается от того, к чему мы привыкли. На больших высотах, например, в нашей воображаемой колонне гораздо меньше воздуха, поэтому давление атмосферы значительно ниже. Вот почему пилоты надевают герметичные костюмы, когда летают на высотных самолётах. Точно так же, когда мы входим в океан, вес вышележащей воды добавляется к весу воздуха в колонне, увеличивая давление. Вот почему для работы на глубине необходимы водолазные костюмы.

Давление определяется как сила, действующая на единицу площади, а атмосфера давит на вашу руку с силой 14,7 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря. Эта величина давления называется 1 атмосфера (обычно сокращенно «атм») — стандартная единица измерения, используемой для количественной оценки давления. Учёные также часто используют единицу измерения под названием бар, которая представляет собой примерно то же самое, что атмосфера, но выражается в единицах метрической системы мер. Слушая сводку погоды, вы можете услышать, что атмосферное давление измеряется при помощи ещё одной единицы измерений — миллиметров ртутного столба. Она по-прежнему используется по историческим причинам и представляет собой высоту столба ртути, вес которого точно уравновешивает вес столба воздуха, о котором мы говорили выше. Воздух при давлении в 1 атмосферу уравновесит столб ртути высотой 30 дюймов (760 мм или 76 см), и небольшие изменения этого давления — это движущая сила изменений погодных условий. Официальной единицей метрической системы для измерения давления является паскаль, названный в честь французского учёного и математика Блеза Паскаля (1623-62), который первым понял, как работает барометр. Одна атмосфера составляет около 100 000 паскалей.

Возможно, что вы, вероятнее всего, столкнётесь с измерением давления в кабинете врача, когда измеряется ваше кровяное давление, или на заправочной станции, где вы накачиваете шины своего автомобиля. Цифра на манометре у врача — это величина в миллиметрах ртутного столба, на которую давление в ваших артериях превышает давление атмосферы. Таким образом, значение артериального давления, равное 120, будет представлять собой общее давление 880 мм рт. ст., при этом вклад со стороны атмосферы составляет 760 мм рт. ст., а ваша кровь добавляет всё остальное. Шинный манометр на вашем автомобиле показывает давление в psi (фунты (p) на квадратный дюйм (si)).

Давление несколько необычно в том смысле, что в разных областях науки используются совершенно разные единицы измерения, несмотря на случайные замечания в духе школьной учительницы со стороны официальных органов. Как отмечалось выше, в медицине и метеорологии по-прежнему используется миллиметр ртутного столба, но в инженерных приложениях вы, скорее всего, столкнетесь с фунтами на квадратный дюйм, а учёные, работающие с высоким давлением, часто используют бар и т. д. По-видимому, это глубоко укоренившаяся человеческая черта — цепляться за старые системы измерений. Как же ещё объяснить тот факт, что, когда вы идёте в хозяйственный магазин, чтобы купить гвозди, вы обнаруживаете, что их размеры указаны в пенни ^[6], единице измерения, обозначаемой буквой d? Хотите верьте, хотите нет, но мы унаследовали эту единицу от Римской империи («d» означает «денарий» — название одной из серебряных монет империи). Ещё один пример нежелания отказываться от старых единиц измерения можно увидеть в том факте, что Соединённые Штаты остаются единственной промышленно развитой страной, которая не перешла на метрическую систему мер — здесь следует отметить, что оба автора считают это положение дел в высшей степени разумным, поскольку такой переход доставит гораздо больше проблем, чем оно того стоит.

Как мы уже сказали выше, опускаясь под поверхность океана, мы испытываем увеличение давления. Марианская впадина в Тихом океане — это самое глубокое место в океанах Земли. Его глубина составляет чуть более 6,5 миль (36 070 футов, или 10 994 м). На этой глубине давление воды составляет 1086 бар, что более чем в 1000 раз превышает атмосферное давление на уровне моря. Чтобы понять это наглядно, представьте, что на каждом квадратном дюйме вашей кожи стоит слон, а затем добавьте ещё по одному слону на каждые 4 квадратных дюйма (около 25 кв. см) для ровного счёта.

Если ядро Нептунии размером с Землю, а глубина её океана составляет 100 миль, то давление на скальном дне океана будет примерно в 16 раз выше давления в Марианской впадине. Это эквивалентно тому, что на каждом квадратном дюйме вашей кожи стоит около 20 слонов.

Давление такой величины можно легко создать в лабораториях с помощью устройства под названием «алмазная наковальня», в котором исследуемый образец раздавливается между двумя алмазами. Один алмаз имеет выемку, в которую помещается образец, а другой — выпуклость, которая соответствует углублению. Поскольку давление зависит от размера области, к которой прикладывается сила, и поскольку точка соприкосновения в этом инструменте очень маленькая, он может развивать огромное давление при относительно небольшом приложенном усилии. Такие устройства могут создавать давление, значительно превышающее то, с каким мы столкнулись бы на Нептунии. (Кстати, у исследований в области высоких давлений есть заметный привкус Дикого Запада — например, учёные, работающие в этой области, часто рассказывают, что их алмазы раскалываются со звуком, похожим на выстрел.)

При высоком давлении материалы ведут себя странным образом: при повышении давления атомы и электроны смещаются и перестраиваются — протекает процесс, который может коренным образом изменить природу материала. Кислород, который при нормальном давлении является бесцветным, безвкусным газом, по мере увеличения давления на него становится синим, затем превращается в рубиново-красный кристалл и, наконец, в блестящий металл. Аналогичные изменения наблюдались и в других материалах. На Земле такого рода изменения наблюдаются только в лабораториях, потому что происходят они при давлениях, намного превышающих те, что наблюдаются даже в Марианской впадине.