Введение

Без физики и химии вам не обойтись

Здравствуйте, люди будущего!

Нет, мы не оговорились, иначе вас не назовешь. Вы и есть люди будущего - сегодняшние школьники, студенты и специалисты 80-х годов, доктора и академики XXI века. Вам предстоит пользоваться всеми открытиями нашего поколения, завершить все, что мы задумали, затеяли и не довели до конца. Именно вам вручим мы перечень наших надежд, планы наших открытий. Вы будете исполнителями и одновременно редакторами: кое-что вычеркнете, кое-что измените, главное - осуществите. Едва ли можно предугадать, что именно вы откроете, но к чему вы должны стремиться - это можно и нужно сказать сегодня.

Главная задача общеизвестна - дать максимальное количество благ максимальному числу людей, практически - всем. Это и означает осуществить принцип коммунизма: "каждому - по потребностям, от каждого - по способностям". Надо будет удовлетворить все материальные и все духовные потребности каждого человека.

Начнем с материального: прежде всего с пищи. Знаете ли вы, дети Советской страны, что на нашей планете не все едят досыта? Есть страны, где голод не редкость, подавляющее большинство людей недоедает, а многие тысячи умирают от голода. Идеологи капиталистического мира говорят, что тут ничего не поделаешь: планета, дескать, маловата, земли на всех не хватает. Но это неправда. Есть еще земля на нашей планете.

Есть резервы географические. Ведь распахано всего десять процентов суши, девяносто - не приносят плодов. Это сухие степи и пустыни, где мало воды; это пустыни зеленые - болотистые земли, сырые леса и джунгли, где воды многовато; это пустыни белые - снежные и ледяные; это пустыни высокогорные, крутые и каменистые. А кроме всех этих сухопутных пустынь есть еще одна, самая обширная - синяя пустыня - океан, который в 2,4 раза обширнее суши. Еще 361 млн. км² не распахано, не засеяно, не возделано.

Есть резервы и агрономические. В технически развитых странах, отнюдь не в самых лучших природных условиях, урожайность раз в пять выше средней. Стало быть, только за счет лучшей обработки, применения удобрений и современных сельскохозяйственных машин можно получать от нашей земли в пять раз больше продуктов. Есть еще и биологические резервы. Растения вовсе не идеал. Растут они не круглый год, используют далеко не все солнечные лучи, инфракрасные, например, упускают. На суше к. п. д. растений раз в десять ниже, чем в воде. Тут непочатый край работы селекционерам, чтобы улучшать живую природу.

А кроме того, природу можно и вообще подменить. Что, собственно говоря, делают растения? Синтезируют пищу из углерода, кислорода, водорода и других элементов, используя энергию солнечного света. Нельзя ли синтезировать такую же пищу из тех же материалов с помощью электрического тока, угля или нефти? Ученые уже пробуют сделать это. Тогда мы не будем зависеть от размера площадей в производстве продуктов.

Резервов много. Но резервы эти не из числа тех, которые легко взять: подошел и греби лопатой. К ним надо подойти умеючи: сухие пустыни обводнить, болота - осушить, белые пустыни - отеплить, синие как-то преобразовать... А для осушения и обводнения нужны техника, гидравлика, климатология, термодинамика, энергетика - нужны все разделы физики, все разделы химии. Так что без науки тут не обойтись.

И то же самое можно сказать об одежде, строительных материалах, минералах, топливе, энергии. Есть в мире нужда, острая нехватка: есть голод жилищный, голод энергетический, голод минеральный. Резервы есть. Но не так просто к ним подступиться - без открытий и изобретений здесь не обойтись. Мысленно видим, как разгорелись глаза у юных читателей. Приятно думать, что еще не все до тебя сделано, предстоят открытия во льдах, на океанском дне, в пустынях географических, на целине научной. Есть еще где проявить себя, сделать важные открытия.

Но, может быть, есть и такие среди вас (среди взрослых они попадаются), у которых глаза не загорелись, а потускнели. Читают и ворчат про себя: "А как же нам говорили, что все законы науки давно открыты, технические решения намечены... наше дело только использовать". Очень им хочется прийти в будущее на все готовое, стройными рядами, с большими ложками на плече. Но, надеемся, таких среди вас очень мало.

Дорогие друзья, с глазами загоревшимися ведь мы говорили не только о материальных, но и о духовных потребностях. Вот будете вы сыты, одеты, размещены, обогреты, грязный и скучный труд передадите машинам, обеспечите себя всем необходимым за четыре часа в сутки а на что у вас пойдут свободные часы?

И тут наука предоставляет вам беспредельные возможности для удовлетворения любознательности, ненасытной жажды знаний, возможности открытий. Три направления в изучении природы представляются нам самыми увлекательными: изучение самого далекого, самого малого и самого сложного.

Самое далекое - это, конечно, космос. Вам предстоит изучить изъеденную кратерами Луну, посетить Марс и парниковую печь Венеры, большие планеты с их промерзшими лунами, угловатые астероиды, кометы. Вам предстоит исследовать Солнце, околосолнечное и межзвездное пространство и все бесчисленные звезды, одну за другой. Впрочем, едва ли нужно вам рассказывать, как заманчивы космические путешествия. Мы только напомним, что астронавтика - это комплекс наук: тут и небесная механика, и кинематика, и физика плазмы, тут и астрофизика, и оптика, и термодинамика - словом, почти все разделы физики и химии.

Самое малое - мир атома и внутриатомный мир. Вам предстоит разобраться в свойствах элементарных частиц - нуклонов, мезонов, гиперонов, таинственных нейтрино, резонансов и гадательных кварков. Кто знает, сколько их еще откроют, пока вы будете учиться? Вы будете иметь дело с ничтожнейшими долями микрометра и микросекунды, с исчезающе малыми величинами и исчезающе малыми мгновениями. В малом вы будете искать грандиозное, ибо в недрах атома таятся самые грандиозные энергетические богатства; оттуда приходит термоядерная энергия и полная энергия, заложенная в массе, превосходящая термоядерную более чем в 100 раз.

Мир самого сложного, конечно, жизнь. Сравнительно недавно, в 50-х годах, люди начали разбираться в химической стороне жизнедеятельности. И сразу же изменилось наше отношение к биологии. Прежде считалось: техника давным-давно превзошла живую природу, природа нечто отсталое, устаревшее, слабое, учиться там нечему. Оказалось, что это не совсем справедливо. Да, технические устройства превзошли живое тело по мощности, скорости, прочности, температуре. Но организм превосходит самую совершенную технику необыкновенной слаженностью процессов, ювелирной точностью результатов, экономичностью и рациональностью.

Привычный пример: связывание атмосферного азота. На химических заводах чистый азот, добытый из воздуха при сверхнизких температурах, соединяют с чистым кислородом, выделенным из воды электрическим током. Процесс ведут при высокой температуре и высоком давлении. А клубеньковые бактерии, те, что сидят на корнях бобовых растений, умеют получать связанный азот из обычного атмосферного воздуха при нормальной температуре и давлении.

Интересна и загадка зеленого листа - основного производителя пищи на нашей планете. О том, что зеленый лист изготовляет углеводы из углекислого газа, известно давно. Но вот что важно: лист делает это с помощью световых лучей, которые сами по себе не способны разбить молекулу углекислого газа. Лист накапливает их энергию, являясь как бы энергетической копилкой, удачно решающей проблему концентрации солнечных лучей. Эта проблема важна и для будущих гелиостанций.

А тайна производства белка! Она приоткрылась перед нами в самые последние десятилетия. Выяснилось, что белковые молекулы - это нити, состоящие из аминокислот всего лишь двух десятков видов. Формулы белковых нитей записаны как бы двадцатью литерами, в ином белковом слове десятки тысяч литер: целая брошюра об одной молекуле. Литеры же, в свою очередь, записаны четырьмя знаками, как бы четырьмя звездочками каждая буква, на длиннющих (по молекулярным масштабам), свитых жгутом двойных нитях дезоксирибонуклеиновых кислот. В этих кислотах записана полная информация об организме: форма носа, цвет глаз и волос, строение костей, мышц, сердца, печени, мозга, формула любой молекулы для любого сорта клеток. И организм штампует молекулы с удивительной быстротой и точностью, безошибочно вставляя нужные атомы в нужные места. Если в белковой молекуле поменяются местами хотя бы две аминокислоты, такая замена приводит иногда к неизлечимым заболеваниям: злокачественным опухолям, психическим расстройствам. Значит, как правило, организм не ошибается ни в одной букве.

Попробуйте перенять у природы ее типографское искусство, научитесь изготовлять нужные молекулы любой сложности при обыкновенной температуре. Разгадайте шифр организма -запись наследственных признаков, научитесь печатать гены по заказу, регулировать наследственность, проектировать породы и виды в перспективе. Право же, достаточное количество увлекательных проблем оставлено на вашу долю, ученые XXI века!

У энтузиастов загорелись глаза... "Эх, скорее бы вырасти!" - думают они. А некоторые вздыхают с облегчением: "Вот и прекрасно! Для желающих есть проблемы на переднем крае, а для нежелающих нет никаких проблем. Мы обойдемся без науки". Нет, не обойдетесь! Чтобы люди не соскучились и не разленились, природа приготовила два каверзных правила.

Правило первое: дальние путешествия не обходятся без пересадок. Вы это правило знаете из житейской практики: выйдя из дома, до остановки троллейбуса идете пешком, потом подъезжаете к станции метро, на метро до вокзала или до аэровокзала, автобусом до самолета...

Зависят эти пересадки от скоростей. Для больших расстояний нужны большие скорости, для малых-малые. От дома до угла не полетишь на ракете, это нерационально и практически невозможно. Вся история техники была путешествием с пересадками. В транспорте: собственные ноги -лошадь - паровоз - самолет - космическая ракета, в будущем для межзвездных перелетов - фотонная предполагаемая ракета. Ступени эти зависят и от расстояний, и от скоростей, и от грузов: на лошадях не перевезешь столько, сколько перевозят поезда.

Ступени в энергетике: дрова, уголь и нефть. Ступени также зависят от объема. Дров на планете не хватит, чтобы заставить работать тепловые машины всех заводов. Но, сжигая горы угля и озера нефти, человечество все же испытывает энергетический голод. В среднем на одного жителя планеты приходится 0,1 кВт. Эта десятая доля никак не может избавить людей от самого грубого физического труда: от пахоты на волах, от копания земли лопатой. Чтобы довести энерговооруженность отсталых стран до уровня Советского Союза, нужно увеличить ее раз в десять, а то и больше. Возможен ли такой скачок? В принципе возможен. За годы Советской власти выработка энергии в нашей стране поднялась в сотни раз.

Но запасы угля и нефти исчерпаемы, и далеко не все страны так богаты ископаемыми, как наша. Стало быть, в не очень отдаленном будущем придется решать проблему источников энергии. Резервы у планеты есть: энергия ветра, приливов, солнечных лучей, тепло недр и, наконец, неисчерпаемая термоядерная энергия.

Вода, оказывается, самый щедрый из всех имеющихся у нас в резерве источников энергии. Она состоит, как известно, из водорода и кислорода, а в водороде на каждые 6700 обычных атомов приходится один атом дейтерия - тяжелого водорода. Один же грамм дейтерия, превращаясь в гелий, может дать столько же энергии, сколько 10 т угля. Ручьи энергии в каждом ручье, реки энергии в реках, в океане - целый океан. Энергии тут хватит на что угодно: и горы расплавить, и растопить полярные льды, и улучшить климат на всей планете.

Резервы есть, но как к ним подступиться? Термоядерные реакции начинаются при температурах в десятки миллионов Кельвинов; любая термоядерная печь превратится в пар от этакой растопки. Как же обезопасить печь от испарения? Ученые предложили удерживать это топливо на весу магнитным полем. Советская установка Токамак по виду похожа на баранку, по оси этой баранки вспыхивает кольцо плазменного шнура, надежно укутанное магнитным одеялом. Система эта постепенно набирает мощность. Пока шнур вспыхивает только на малую долю секунды, но, когда продолжительность его вспышки или температура увеличатся еще порядка на три, термоядерная печь заработает...

И термоядерная энергия станет для вас так же доступна, как ... вода. Подождите ликовать. Вам придется иметь дело еще и с другим правилом каверзной природы. Правило второе: в природе все находится в подвижном равновесии. Каждый шажок слегка нарушает равновесие, большие действия нарушают уже заметно. Один костер и одна печь не влияют на климат - велика ли порция их тепла! О нерадивых хозяевах говорят пренебрежительно: "Дверь настежь, улицу надумал топить". Но в больших городах общими усилиями строителей и отопителей улицы действительно обогреваются. Москва, например, зимой как бы сдвинута на юг километров на двести. Когда же вы запустите тысячи термоядерных печей, это может почувствовать вся атмосфера планеты.

Мельком мы говорили об отеплении полярных стран. Но если растопить ледник Гренландии, уровень морей поднимется метров на десять, затоплены будут все порты. Сама Гренландия приподнимется, станет высокогорной страной. Климат в Америке станет прохладнее, а потом жарче и суше. Так что свою деятельность в энергетике вам придется увязывать с климатологией, океанологией, геологией, техникой, экономикой и еще десятками наук. Так во всех больших делах.

Вы получаете от нас в наследство сложный мир со сложными, запутанными связями: сложную природу, сложного человека со сложными отношениями, сложную технику, сложную планету со сложным климатом, - и во всем этом вам стридется разбираться, распутывая сложности физических, биологических, гуманитарных, - социальных закономерностей. И без науки вам не обойтись.

Вам будет очень трудно, но и ... захватывающе интересно. Скажем вам по секрету ... и даже вслух: самое увлекательное из занятий - это распутывание клубков, сочиненных природой. И самое приятное, что есть в жизни, - торжество ума над путаницей, тот день и час, когда после долгой кропотливой работы вы одержали победу, поняли, как там все устроено. И вы сумеете, наконец, сами собрать, свинтить и придумать не хуже, если не лучше, чем в природе.

И тут без науки вам не обойтись. Жалко будет, если вы упустите эту творческую радость.

Герой Социалистического Труда академик