Жидкости – это, можно сказать, альтер эго надежного твердого тела. Если твердые вещества – верные друзья человечества, принимающие постоянную форму одежды, обуви, телефонов, машин и даже аэропортов, то жидкости текучи: они готовы принять любую форму, но только если их в ней что-то удерживает. Если нет, они в вечном движении: просачиваются, разъедают, капают и всячески уходят из-под нашего контроля. Если поместить куда-то твердое вещество, оно там и останется (разве что вы нарочно изымете его оттуда) – и будет выполнять полезную функцию, например поддерживать дом или снабжать электричеством целый населенный пункт. Жидкости же – настоящие анархисты: они обладают врожденной способностью всё разрушать. В ванной приходится постоянно бороться за то, чтобы вода не просачивалась в трещины и не скапливалась под полом. А то там она вытворяет всякие гадости: заставляет гнить и портиться деревянные перекрытия; гладкий плиточный пол превращает в идеальную поверхность для того, чтобы поскользнуться и получить травму. Собираясь в углах ванной, она может стать пристанищем для черного плесневого грибка (ближайший «родственник» «серой гнили») и бактерий, которые способны проникать в наше тело и вызывать болезни. И все же, несмотря на ее вероломство, мы обожаем ее.

Керосин – прозрачная бесцветная жидкость, которая выглядит в точности как вода, и это сбивает с толку. Где же в ней вся эта скрытая энергия и мощь? Почему присутствие в этой жидкости громадного количества нерастраченной энергии не делает ее на вид, скажем, более густой и опасной? И почему ее никогда не упоминают во время предполетного инструктажа по безопасности?

Если включить увеличение и взглянуть на керосин на атомном уровне, то можно увидеть, что по структуре его молекула напоминает спагетти. Основа, «хребет» каждой нити состоит из атомов углерода, соединенных в цепочку, где каждый атом связан со следующим. К каждому атому углерода прикреплены два атома водорода (только на концах молекулы – по три). В таком масштабе отличить керосин от воды нетрудно. Вода не имеет нитевидной структуры, это скорее хаотичное скопление маленьких V-образных молекул (один атом кислорода связан с двумя атомами водорода, H2O). В таком масштабе керосин больше похож на оливковое масло, которое тоже состоит из спутанных нитевидных молекул на основе углерода. Но если в керосине нити больше напоминают спагетти, то в оливковом масле они ветвистые и перекрученные.

Химически спирты похожи на керосин: они горят, и вы могли сами в этом убедиться, если заказывали когда-нибудь десерт фламбе. Как правило, для подобных затейливых блюд используется бренди: это напиток с высоким содержанием спирта (обычно 40 %), и именно он горит голубым пламенем поверх вашего десерта.

Чистый спирт тоже легко горит и даже иногда используется как топливо для автомобилей. Основной производитель спирта из сахарного тростника – Бразилия, и он используется там как транспортное топливо. Считается, что эта страна имеет одну из самых устойчивых биотопливных экономик в мире – 94 % бразильских пассажирских транспортных средств работает на спирте, смешанном в разных пропорциях с другими веществами. При производстве этой жидкости из сахарного тростника извлекается сок, который затем ферментируется с участием дрожжей. Именно так выглядит процесс приготовления любого вина или пива: дрожжи съедают сахар и производят спирт. Но при создании биотоплива спирт затем необходимо очистить. В других частях света оно не так популярно, как в Бразилии, отчасти потому, что многие виды ископаемого топлива производить гораздо дешевле; вдобавок для производства спирта в масштабах, достаточных для обеспечения транспортной системы целой страны, нужно очень много земли. Поэтому те культуры, которые обычно перерабатываются на спирт, в большинстве стран мира выращивают в основном для производства выпивки.

Вода в моей пластиковой бутылке сильно отличалась от океанской, которую я видел сквозь овальный иллюминатор. Разница была не только в составе – содержании солей и т. п., – но и в поведении. Мировые океаны постоянно в движении: они одновременно рождают ветра и разгоняются под их действием; они порождают облака и формируют погодные системы; и, кроме того, запасают тепло. В океанах есть гигантские глобальные течения, которые оказывают заметное влияние на климат. Таким образом, океаны, покрывающие 70 % поверхности нашей планеты, хотя и состоят приблизительно из тех же молекул, не могут считаться просто гигантскими копиями той же воды, что находится в моей бутылке. Это совершенно другие «звери».

Кстати, «зверь» – самое удачное, вероятно, слово для их описания. Океаны опасны, каким бы умелым и опытным пловцом вы ни были; держаться на поверхности воды больше нескольких часов подряд чрезвычайно трудно. Совет: если вдруг окажетесь в море далеко от берега, не тратьте силы на борьбу с течениями. Лучше плывите на спине и ожидайте спасения. Хотя, это не слишком подходящее слово для описания того, что происходит, когда человек спокойно покачивается на воде.

Многие жидкости обладают липкостью: если потрогать их пальцем, то они прилипают к нему. Вспомните масло, воду, мыло и мед. К счастью, есть вещи, к которым они прилипают лучше, чем к нам; именно поэтому полотенца выполняют свою функцию. Когда вы принимаете душ, вода ручейками стекает по телу, прилипая к вашей коже, вместо того чтобы отскакивать от нее; это позволяет ей следовать по изгибам вашей груди, живота и пятой точки, а не падать вертикально вниз под действием силы тяжести. Липкость возникает из-за низкого поверхностного натяжения между водой и вашей кожей. Когда же вода вступает в контакт с волокнами полотенца, они действуют как крохотные фитильки. Фитиль свечи всасывает наверх жидкий воск, а микрофитильки полотенца отсасывают воду с вашего тела. Кожа становится сухой, а полотенце мокрым. Липкость жидкостей, следовательно, не есть свойство, присущее им изначально; оно определяется их взаимодействием с различными веществами.

Но сам тот факт, что некое вещество липкое, не означает, что его можно использовать для склеивания самолета. Смочите палец, дотроньтесь им до какой-нибудь пылинки – и она прилипнет к пальцу и будет держаться на нем, пока вода не испарится. Вода теряет липкость, когда испаряется, – именно поэтому она не может быть клеем. Клеи – изначально жидкости, но со временем затвердевают, навсегда скрепляя предметы.

Когда вы наносите краску на холст, жидкость прилипает к нему и всем другим уже имеющимся на нем слоям краски. Ведь еще наши далекие предки, рисовавшие на стенах пещер, поняли, что краска – по сути цветной клей. Так что ее задача – превратиться из жидкости в твердое тело, а затем навсегда остаться там, куда ее нанесли. Разные краски добиваются этого разными способами. Акварель высыхает – высвобождает воду в воздух путем испарения, и на бумаге остаются только пигменты. Масляная краска сделана из масла – как правило, макового, орехового или льняного. Она не сохнет. У нее в запасе другой фокус: она реагирует с кислородом воздуха. Обычно реакций такого типа следует избегать, поскольку окисление делает сливочное масло и растительные пищевые масла прогорклыми и затхлыми. Но в случае красок это полезно. Масла состоят из длинных цепочек углеводородных молекул. Кислород выхватывает атом углерода из одной цепочки и присоединяет к другой с помощью реакции, открывая при этом молекулу для дальнейших реакций. Иными словами, кислород работает как отвердитель (точно так же, как вода для суперклея)… и да, это тоже реакция полимеризации.

Вкусовым сосочкам необходимо, чтобы ароматные молекулы к ним доставляла какая-нибудь жидкая среда; именно для этого слюна и появилась в процессе эволюции. В хлебе нет собственного сока, и без размягчителя не обойтись, если вы хотите его распробовать; мало того, иначе вам его вообще не съесть. Но слюна не только растворяет ароматы и вкусы; она помогает вашей сенсорной системе определять, насколько питательна попадающая вам в рот пища, и поднимает тревогу, если она содержит патогены или яды. В слюне есть ферменты, которые предварительно переваривают, как бы «пробуют» пищу. И в самом деле, ваши вкусовые сосочки и рецепторы носа получают возможность анализировать содержимое рта прежде, чем вы его проглотите. Один из важнейших ферментов слюны – амилаза; она расщепляет крахмал и превращает его в простые сахара. Вот почему чем дольше жуешь хлеб, тем слаще он кажется. Амилаза продолжает расщеплять углеводы еще долго после того, как вы их проглотили, и она же собирает во рту все крохотные фрагменты, которые там остались или застряли между зубами.

Чай считается самым популярным горячим напитком в мире. Хотя получить достоверные факты об этом трудно, в Британии, по оценкам, каждый день выпивается в среднем 165 млн чашек чая. А вот кофе – 70 млн чашек. Во многих других странах мира наблюдается аналогичная картина. Что же есть в чае, чего невозможно найти в кофе? И главное: почему чай часто так плохо готовят?

Наша чашка чая начала свою жизнь в виде нескольких молодых побегов на ничем не примечательном с виду вечнозеленом кустарнике, который хорошо растет только в тропическом или субтропическом климате. Можно пройти мимо этого растения и даже не заподозрить в нем источник массы удовольствий – тысячи лет наши предки так и делали. Этот кустарник любит влажность и дожди, но не любит высоких температур, поэтому в мире не так много мест, которые идеально для него подходят, – таких как высокогорья китайской провинции Юньнань, горы Японии, Гималаи в районе Дарджилинга в Индии и центральные возвышенности Шри-Ланки. Лучший или, по крайней мере, самый дорогой чай в мире – Да Хун Пао с горы Уи-Шань в Китае: он может стоить миллион долларов за килограмм.

Когда ваши родители были детьми, жидкое мыло еще не изобрели, у нас оно всегда было в брусках. Настолько вездесущих, что даже раковины для умывания тогда делали с полочками специально для того, чтобы мыло не соскользнуло ни на пол, ни в раковину. Теперь кусковое мыло в меньшинстве и чем дальше, тем менее популярным становится. Это и есть прогресс? Неужели жидкое мыло и правда настолько лучше кускового? Или это всего лишь дань моде, навязанной маркетологами под ложными предлогами, и со временем исчезнет из нашей жизни, как брюки-клеш и лазерные диски?

На этот вопрос трудно ответить, не разобравшись предварительно в преимуществах и недостатках нормального мыла. Это поистине чудесное вещество. Вы можете мыться сколь угодно чистой, прозрачной и горячей водой, но не избавиться ни от какой жирной маслянистой пакости, которая запеклась на коже. На протяжении большей части истории человечества нас это особенно не беспокоило. Люди пахли; они были грязными. Никто не обращал на это внимания. У нас имелись проблемы и посерьезнее, и мы не думали о том, почему мыло важно. Не то чтобы его не существовало вовсе. Самые древние рецепты мыла на глиняных табличках древней Месопотамии датируются ни много ни мало 2200 г. до н. э., но появилось оно наверняка раньше. Описанный на табличках процесс аналогичен тому, с помощью которого мы делаем мыло сегодня: возьми древесную золу из очага, раствори в воде и вскипяти раствор с растопленным салом (животным жиром) – и волшебным образом получишь щелочное мыло. Месопотамцы, возможно, не мылись им сами, но использовали его для очистки шерсти перед тем, как соткать из нее полотно. Мыло удаляет ланолин – что-то вроде сала – с волокон шерсти.

Кондиционирование воздуха – инженерная область настолько специализированная, что ей интересовался даже Эйнштейн в свое время. Он получил несколько патентов на изобретения в этой сфере, хотя его тогда больше интересовало спасение жизней на земле, чем обеспечение комфортного дыхания во время длительных перелетов.

Эйнштейн пытался решить такую проблему: в 1920-е недавно изобретенные холодильники набирали популярность, а ящики со льдом, которые играли роль домашних ледников и сотни лет использовались для охлаждения продуктов, постепенно исчезали из домов. Но первые холодильники были не особенно безопасными. Эйнштейн был потрясен, когда прочел в газете, что семья с несколькими детьми в Берлине отравилась, потому что потек радиатор холодильника. В то время в этих устройствах использовались три типа жидких хладагентов: метилхлорид, диоксид серы и аммиак. Все они токсичны. Однако были выбраны именно эти вещества, поскольку они имеют низкую температуру кипения.

Очевидно, главное в ручке – чернила. Это жидкость, которая, по задумке создателей, должна сначала вытекать на страницу, а затем застывать и становиться твердой. Вытекание обеспечить несложно; жидкости вообще к этому склонны. Застывать, превращаясь в твердое тело, они тоже обычно умеют. Но делать то и другое в нужном порядке, надежно и довольно быстро, так, чтобы чернила не размазались и текст не стал нечитаемым, намного сложнее, чем кажется.

Историки считают, что первыми ручкой начали пользоваться древние египтяне (около 3000 г. до н. э.). Их пишущие принадлежности обычно делались из бамбука или другого тростникового растения с жесткими пустотелыми побегами. Высушив такой побег и заострив его кончик при помощи режущего инструмента, они получали хорошее вместилище для чернил. Однако побеги, чтобы хорошо работать в качестве ручки, должны были быть четко определенного размера: если диаметр трубочки мал, сила поверхностного натяжения между чернилами и поверхностью тростника может ослабить действие тяготения и удержать небольшое количество чернил в трубочке. Как только тростник соприкасался с папирусом, который египтяне использовали в качестве бумаги, чернила засасывались на волокна благодаря капиллярному эффекту – тому самому, благодаря которому горит топливо в фитильках свечей и масляных ламп. По мере того как сухие волокна поглощают воду, входящую в состав чернил, частички красящих пигментов прилипают к поверхности. Когда вода полностью испарится, чернильные отметки останутся на папирусе навсегда.

Облака состоят из жидких капелек почти идеально чистой воды. Это «почти» очень интересно; именно в нем причина того, что дождевая вода не идеально чиста, окна смачиваются дождем, а туман образуется не везде. Воду в облаках нельзя назвать ни чистой, ни невинной – она способна убивать. Ночью и днем где-нибудь на планете бушуют грозы и сверкают молнии – в среднем примерно по пятьдесят в секунду на земной шар, и эта величина достаточно стабильна. По оценкам специалистов, каждый год от молний гибнет более тысячи человек, а пострадавшие исчисляются десятками тысяч. Национальная служба погоды США ведет статистику грозовых смертей и их обстоятельств. В таблице для примера приведены некоторые их записи за 2016 г. Вы видите, что прятаться под деревом – не лучшая идея и опасность может грозить почти где угодно. Но может ли молния достать вас во время полета на самолете? Этот вопрос стоит изучить.

Земля, в сравнении с другими планетами, не особенно тверда. Наша планета начала свое существование в виде шара раскаленной жидкости и за 100 млн лет остыла достаточно, чтобы на ее поверхности образовалась тонкая каменная корка. Произошло это около 4,5 млрд лет назад, и с тех пор Земля постепенно остывает, но внутри она по-прежнему жидкая. Именно движение потоков жидкости внутри Земли позволяет жизни существовать на нашей планете, обеспечивая ей защитное геомагнитное поле. Но эта же текучесть оказывается и разрушительной силой, вызывает землетрясения, извержения вулканов и движение тектонических плит.

Прямо в центре Земли все же есть нечто твердое: металлическое ядро из железа и никеля с температурой приблизительно 5000 °C. Даже при этой температуре, на тысячи градусов превышающей нормальную для плавления этих веществ, ядро остается твердым, потому что в центре Земли сильное гравитационное давление заставляет жидкость образовывать гигантские металлические кристаллы. Ядро окружено слоем расплавленного металла, опять же железа и никеля, приблизительно 2000 км толщиной. Именно течения внутри этого металлического океана и порождают магнитное поле Земли, настолько мощное, что оно простирается наружу не только до поверхности планеты, где заставляет работать компасы и позволяет нам ориентироваться, но и дальше, в пространство. Там, снаружи, магнитное поле Земли действует как щит, защищая нас от солнечного ветра и космических лучей, которые сыплются на нас дождем. Если бы не поле, они сорвали бы с Земли атмосферу и воду и, скорее всего, убили бы всю жизнь на планете. Планетологи уверены, что Марс некоторое время назад потерял свой магнитный щит и именно поэтому он не имеет атмосферы и превратился в холодную мертвую планету.

Живя на текучей планете, мы можем быть уверены только в одном – в переменах: уровень моря повышается; мантия Земли течет, сдвигая материки; вулканы извергаются, создавая одни новые земли и уничтожая другие; ураганы, тайфуны и цунами продолжают обрушиваться на наши побережья, превращая целые города в руины. Перед лицом такого будущего кажется разумным строить дома, дороги, системы водоснабжения, электростанции и, вообще говоря, аэропорты – всё, что нам необходимо для достойной и цивилизованной жизни, – так, чтобы они могли противостоять разрушениям. Они должны быть прочными и устойчивыми, чтобы выдерживать землетрясения и наводнения. Но было бы еще лучше, если бы мы могли так проектировать инфраструктуру, чтобы она сама себя ремонтировала; это сделало бы наши города более гибкими и устойчивыми перед лицом климатических перемен. Может показаться, что это слишком отдаленная угроза, но на самом деле именно этим занимались биологические системы на протяжении миллионов лет. Представьте себе дерево: если его повредит ураган, оно может починить себя, отрастив новые ветви. Точно так же и вы: если порежетесь, кожа залечит себя сама. Может быть, наши города могли бы тоже стать самовосстанавливающимися?

Есть много жидкостей, которые я не упомянул в своем рассказе, но я и не пытался объять необъятное. Вместо этого я попытался нарисовать картину наших отношений с жидкостями – ведь уже не одну тысячу лет мы пытаемся понять и принять это состояние вещества, одновременно притягательное и угрожающее, освежающее и склизкое, живительное и взрывчатое, вкусное и ядовитое. До сих пор нам в целом удается обуздывать мощь жидкостей и одновременно защищать себя от связанных с ними опасностей (несмотря на цунами и подъем уровня океана). И будущее, по-моему, будет столь же наполнено жидкостями, как и прошлое, но наши отношения с ними станут углубляться.

Возьмем, например, медицину. Для большинства анализов необходимы кровь или слюна, по состоянию которых врачи диагностируют болезни и следят за здоровьем. Исследования почти всегда проводятся в лаборатории, как правило, занимают много времени и дорого стоят. Кроме того, они требуют визита к врачу или в больницу, что не всегда возможно, особенно в странах, где медицинские ресурсы скудны. Но всё это, вероятно, изменит новая технология, так называемая лаборатория на чипе; она подарит нам будущее, в котором диагностика будет проводиться на дому, почти мгновенно и дешево.

Top.Mail.Ru Яндекс.Метрика