О чем рассказывает свет

В будущем свету, возможно, придется играть и еще одну роль — роль движителя (рабочего вещества) в ракете. Пока человек осваивает космос в пределах солнечной системы, он, по-видимому, может обойтись реактивными двигателями, в которых движителем служат продукты сгорания какого-либо вещества — топлива.

Сгорая в камере реактивного двигателя, топливо образует газы, которые с большой скоростью (несколько километров в секунду) вылетают из сопла и оказывают реактивное действие на дно сопла, приводя ракету в движение. Еще К. Э. Циолковский показал, что скорость ракеты в свободном пространстве пропорциональна скорости истечения из сопла продуктов сгорания. Поэтому перед химиками и конструкторами ставится задача найти такое топливо, продукты сгорания которого, при прочих равных условиях, имели бы максимальную скорость вылета. Для освоения межзвездных пространств обычно получаемые скорости все же недостаточны.

Судя по сведениям, опубликованным в печати, в научно-технических кругах ряда стран уже возникают идеи о возможном создании в будущем фотонной ракеты.

В фотонной ракете в качестве движителя будут использованы не продукты сгорания какого-либо вещества, а поток фотонов, которые будут получаться в ракетном двигателе в процессе превращения элементарных частиц вещества в фотоны.

Согласно этой идее, предполагается использовать некоторые уже известные свойства света. Во-первых, тот факт, что свет, несмотря на свое отличие от вещества, имеет с ним и нечто общее, а именно он оказывает давление (эксперименты Лебедева) и, следовательно, обладает импульсом, как и вещество. Но любое вещество при быстром его истечении из сопла создает отдачу в силу того, что оно обладает импульсом (свойство отдачи наблюдается при выстреле, используется в реактивной турбине и в реактивном двигателе). Поэтому истечение света из сопла также должно оказывать противодействие на дно сопла, т. е. создавать отдачу.

Во-вторых, предполагается использовать и другое свойство света: генетическую связь вещества и света, иначе говоря, факт превращения элементарных частиц вещества в фотоны в сильных ядерных полях.

Но в идее фотонного двигателя учитываются также и особенности света, отличающие его от вещества и дающие фотонному двигателю известные преимущества.

8 самом деле, фотоны движутся с предельно достижимой скоростью в 300 тысяч километров в секунду. Это значит, что и космическому кораблю фотонный двигатель может сообщить максимальную скорость, приближающуюся к скорости света. Очевидно, что только с такой скоростью и возможно преодолевать огромные расстояния от одной звездной системы до другой.

Задача путешествия в другие звездные системы еще не стала актуальной, а применять фотонный двигатель в пределах солнечной системы бессмысленно. Поэтому реализация идеи о фотонном двигателе — дело далекого будущего. Да и трудностей на пути его создания еще немало; в частности, необходимо будет учитывать, что при движении фотонных ракет со скоростями, близкими к скорости света, само течение времени будет изменяться, как это следует из теории относительности.

Но трудности не остановят прогресса. Его ведет дерзновенная мысль человека, который, познав свойства света, ищет пути их использования. А исторический опыт говорит, что он всегда эти пути находит.

Свет и энергия будущего

Проблема источников энергии

Современное общество потребляет много энергии. Чем выше уровень производительных сил общества, тем быстрее растет его потребность в энергии. Откуда берется потребляемая человеком энергия? Почти до середины XX века важнейшими источниками энергии была химическая реакция окисления угля, нефти, древесины, торфа, сланцев. Это — простейшая и сравнительно легко вызываемая реакция; со времени добычи огня и еще за несколько тысячелетий до изобретения письменности человек сжигал топливо. Кроме того, на протяжении тысячелетий человек использовал естественное падение воды и некоторые побочные источники (ветер, морские приливы и т. п.). Даже после открытия электрической формы энергии человек для ее получения по-прежнему сжигает топливо и использует падение воды.

Потребление энергии в последние десятилетия развивалось быстро. Стал актуальным вопрос о том, насколько перспективны существующие источники энергии. Подсчеты показали, что запасы топлива на Земле ограниченны. Ученые ведут споры о том, на сколько поколений их хватит. Ограниченны, хотя далеко еще не полностью используются, и запасы гидроэнергии. Отыскание новых, практически неисчерпаемых и перспективных источников энергии стало одной из наиболее важных научно-технических задач современности. Где же эти неисчерпаемые первоисточники энергии?

Естественно, что научная мысль все более обращалась к исследованию солнечной энергии и ее роли на Земле. Уже давно стало ясно, что Солнце и другие звезды являются источником колоссальной энергии. Эта энергия в виде света переносится в мировое пространство на огромные расстояния, исчисляемые миллиардами световых лет.

Наше Солнце за одну секунду испускает в мировое пространство энергию, которая, по подсчетам С. И. Вавилова, эквивалентна массе в 5 миллионов тонн. На Землю падает лишь небольшая ее часть, равная примерно сорока тысячам миллиардов больших калорий. Но и эта энергия чрезвычайно велика. Ее хватило бы, чтобы нагреть от 0° С и затем испарить более 75 миллионов тонн воды в секунду, а за сутки — 6500 миллиардов тонн. Нигде больше в природе на Земле человек не встречается с таким огромным количеством энергии.

Что же делается с этой энергией на Земле?

Два круговорота вещества и энергии на Земле

Достигнув Земли, солнечная энергия способствует осуществлению на ней ряда процессов, без которых была бы невозможна органическая жизнь в ее высокой стадии. Особенно замечательны два круговорота веществ и энергии на Земле, происходящие под действием солнечного света.

Один из них — круговорот воды. Он связан с тепловыми действиями света. Солнечный свет нагревает и испаряет воду, поднимает с поверхности рек, морей и океанов и из почвы миллионы и миллионы тонн воды до верхних слоев атмосферы. Создавая в атмосфере, опять-таки благодаря тепловому действию, разность температур и давлений, он перемещает эти тонны воды, распределяет ее по всем широтам и долготам и способствует ее выпадению на поверхность Земли в виде осадков. В силу этого непрерывно питается почва и земные водоемы, не пересыхая, текут реки, вода снова и снова стремится перейти на низший уровень. На этой основе создана гидроэнергетика. В ней человек использует в конечном счете не что иное, как преобразованную солнечную энергию.

Но полезная работа солнечного света не ограничивается только этим. Растворяя различные соли в почве, вода способствует усвоению растениями различных питательных веществ, необходимых для их роста. Без этого круговорота воды, вызываемого действием солнечного света, жизнь на Земле была бы невозможной.

Солнечный свет вызывает на Земле и другой не менее важный круговорот — круговорот углерода и кислорода. Он связан с химическими действиями света.

Углерод С необходимо входит в состав органических клеток животных и растений и их преобразованных остатков — угля, нефти, древесины и пр. С другой стороны, повсюду в природе сгорание этого элемента, т. е. его соединение с кислородом О (окисление), дает энергию, необходимую для жизнедеятельности организмов, а равно и для производственной деятельности человека.

Сгорание углерода, а следовательно, уменьшение в природе свободных углерода и кислорода происходит всюду и в больших масштабах (дыхание человека и животных, горение топлива, гниение органических остатков и т. п.). Если бы этот процесс шел только в одну сторону, то в конце концов свободный углерод, т. е. один из существенных строительных материалов, из которого образуются органические клетки, исчез бы. Исчез бы также и кислород, необходимый для получения энергии в организмах. В результате окисления углерода получилась бы углекислота CO₂, обладающая в обычных условиях большой стойкостью и отравляющими свойствами.