Правительство США ежегодно тратит миллиарды на субсидирование научных исследований, а программы подготовки выпускников по естественным и инженерным наукам в американских университетах настолько хороши, что привлекают самых способных студентов со всего мира. Окруженные технологическими чудесами, от говорящих банкоматов и телекоммуникационных спутников до помидоров из супермаркета, генетически модифицированных для сохранения вкуса, американцы должно быть сильны в естественных и технических науках, не так ли? Правда заключается в том, что взрослые американцы, как правило, потрясающе невежественны, когда дело доходит до базовых научных знаний. Опрос Harris Interactive 2009 г. показал, что только 53% знают, что Земле требуется год, чтобы сделать оборот вокруг Солнца, и только 59% знают, что первые люди и динозавры не существовали одновременно, как во «Флинстоунах». В 2018 г. Национальный научный фонд выяснил, что 72% участников опроса знали, что Земля вращается вокруг Солнца (то есть 28% думали, что все наоборот), а 68% ошибочно полагали, что вся радиоактивность была создана человеком. Примечание редактора: не думайте, что американцы — из ряда вон. Каждый третий россиянин убежден, что Солнце вращается вокруг Земли (35%), за 15 лет показатель вырос на 7 п.п. В то же время только 12% согласились с тем, что оборот вокруг Солнца Земля совершает за один месяц (2007 г. — 14%; 2011 г. — 20%). О том, как с этим обстоят дела в России и как нам быть, мы с вами порассуждаем в новой статье, которая сейчас готовится к публикации, а пока вернемся к нашей общей проблеме. Таким образом, очевидно, что всем нам предстоит пройти долгий путь, чтобы достичь хотя бы подобия всеобщей научной грамотности. Но для тех из вас, кто чувствует отчаянное желание сменить тему разговора, когда кто-то упоминает бозон Хиггса, массивно-параллельные суперкомпьютеры или спорит о том, были ли у динозавров перья, не бойтесь. Мы начнем с самого простого — с пяти действительно базовых научных вопросов, ответы на которые должен знать каждый. Почему небо голубое? «Я вижу голубое небо и белые облака», — напевал Луи Армстронг в своей песне 1968 г. «What a Wonderful World». И, вероятно, так оно и есть, учитывая, что его песня — это ода оптимизму. Европейские исследователи обнаружили, что свет из синей части спектра положительно влияет на эмоции, делая нас более восприимчивыми и к эмоциональным стимулам и более адаптируемыми к эмоциональным вызовам. Но мы отвлеклись от темы. Причина, по которой небо кажется голубым, заключается в эффекте рассеивания. Солнечный свет должен пройти через атмосферу Земли, которая наполнена газами и частицами, действующими подобно бамперам на пинбольной машине, отбрасывая солнечный свет. Но если вы когда-нибудь держали в руках призму, вы знаете, что солнечный свет состоит из множества различных цветов, каждый из которых имеет свою длину волны. Синий свет имеет относительно короткую длину волны, поэтому он легче проходит через фильтр, чем цвета с большей длиной, и, как следствие, сильнее рассеивается при прохождении через атмосферу. Именно поэтому небо выглядит голубым в то время дня, когда солнце находится высоко. Однако на восходе и закате солнечные лучи проходят большее расстояние, чтобы достичь места, из которого вы их наблюдаете. Это нивелирует преимущество синего света в длине волны и позволяет нам лучше видеть другие цвета, поэтому закаты часто кажутся красными, оранжевыми или желтыми. Сколько лет Земле? Возраст Земли — это то, о чем люди спорят, порой ожесточенно, уже очень и очень давно. Еще в 1654 г. ученый по имени Джон Лайтфут, чьи расчеты основывались на библейской Книге Бытия, провозгласил, что Земля была создана ровно в 9 часов утра по месопотамскому времени 26 октября 4004 г. до н.э. В конце 1700-х гг. ученый граф де Бюффон нагрел созданную им маленькую копию планеты, измерил скорость ее остывания и на основании этих данных определил, что Земле около 75000 лет. В XIX в. физик лорд Кельвин, используя различные уравнения, определил возраст Земли в 20-40 миллионов лет. Но в конце 1800-х — начале 1900-х гг. все это было перечеркнуто открытием радиоактивности, за которым вскоре последовали расчеты скорости распада различных радиоактивных веществ. Ученые использовали эти знания для определения возраста земных пород, а также образцов метеоритов и камней, привезенных астронавтами с Луны. Например, они изучали состояние распада изотопов свинца в горных породах, а затем сравнивали его со шкалой, основанной на расчетах того, как изотопы свинца будут меняться со временем. На основании этого они смогли определить, что Земля сформировалась примерно 4,54 млрд лет назад с погрешностью менее 1%. Перестанет ли когда-нибудь светить Солнце? Этот вопрос напоминает нам о другой поп-песне, сингле Скитер Дэвис 1962 г. «The End of the World», в котором певица задается вопросом, почему солнце продолжает светить после того, как ее парень, по всей видимости, бросил ее. Смысл текста заключается в том, что окружающая нас реальность — будь то сияющее солнце или пение птиц на деревьях — более долговечна, чем наши хрупкие чувства. На самом деле романтичная певица имела несчастье родиться слишком рано — примерно на 5,5 млрд лет. Именно в этот момент на Солнце, которое, как и любая другая звезда, представляет собой гигантский термоядерный реактор, закончится водород в ядре, который оно сжигает в качестве топлива для создания солнечного света, и начнется сжигание водорода в окружающих его слоях. Это будет началом спирали смерти Солнца, в которой его ядро будет сжиматься, а внешние слои будут сильно расширяться, превращая его в красного гиганта. В последнем взрыве Солнце испепелит Солнечную систему и на время превратит обычно холодные окрестности Плутона и пояса Койпера (за Нептуном) в небесную сауну. Вполне вероятно, что внутренние планеты, включая Землю, будут либо затянуты в умирающего гиганта, либо превратятся в пепел. С другой стороны, если людям не удастся колонизировать солнечные системы других звезд, никого не будет рядом, чтобы пережить этот апокалипсис. Солнце, находясь на половине ожидаемого срока жизни, уже постепенно нагревается, и ожидается, что через миллиард лет оно будет примерно на 10% ярче, чем сейчас. Этого увеличения солнечной радиации будет достаточно, чтобы выжечь океаны нашей планеты, оставив нас без воды, от которой зависит выживание нашего вида. Почему пузыри круглые? На самом деле пузыри не всегда идеально круглые, как вы, вероятно, заметили, если когда-либо использовали одну из этих игрушечных штуковин для выдувания мыльных пузырей. Но пузыри стремятся быть сферическими, и если вы выдуваете овальный пузырь, он с трудом принимает прежнюю форму. Это происходит потому, что пузыри в основном представляют собой тонкие слои жидкости, молекулы которой притягиваются друг к другу — явление, называемое когезией. Это создает поверхностное натяжение, то есть барьер, который противостоит объектам, пытающимся пройти через него. Внутри слоя молекулы воздуха, оказавшиеся в ловушке, не могут выбраться наружу, хотя и давят на жидкость. Но это не единственная сила, действующая на этот слой. Снаружи на них давит еще больше воздуха. Самый эффективный способ для жидкого слоя противостоять этим силам — принять наиболее компактную форму, которая по соотношению объема и площади поверхности оказывается сферой. Интересно, что ученые придумали, как сделать пузыри некруглыми, чтобы изучить геометрию поверхностей. Они могут создавать пузыри кубической и даже формы параллелепипеда, подвешивая тонкий слой жидкости на проволочный каркас, который затем формуется нужным образом. Что такое теория относительности? Когда кто-то говорит о «теории относительности», на самом деле он имеет в виду две теории — специальной и общей относительности, которые были разработаны физиком-теоретиком Альбертом Эйнштейном в начале 1900-х гг. Но как бы вы ни называли работы Эйнштейна, они, несомненно, вызывают недоумение у большинства неспециалистов. Эйнштейн придумал умный способ объяснить крылатое выражение: «Когда мужчина сидит с красивой девушкой, час кажется ему минутой. Но если посадить его на горячую плиту, то минута покажется вечностью. Это и есть относительность». И это, в общем-то, неплохое объяснение, хотя в деталях все немного сложнее. До Эйнштейна все считали, что пространство и время — это неизменные характеристики, потому что именно так они выглядят с нашей точки обзора на Земле. Но Эйнштейн использовал математику, чтобы показать, что абсолютный взгляд на вещи был иллюзией. Вместо этого, объяснил он, пространство и время могут претерпевать изменения — пространство может сжиматься, расширяться или искривляться, а скорость течения времени также может меняться, если объект находится под воздействием сильного гравитационного поля или движется очень быстро. Более того, то, как выглядят пространство и время, может зависеть от точки зрения человека, наблюдающего за ними. Представьте, например, что вы смотрите на старомодный тикающий будильник со стрелками. А теперь представьте, что вы отправили эти часы на орбиту Земли, так они будут двигаться гораздо быстрее, чем вы, стоя на Земле. Если бы вы все еще могли видеть стрелки часов, они казались бы вам меньше, чем на Земле, и тикали бы они медленнее. Часы идут медленнее из-за явления, называемого «замедлением времени». Пространство и время — это единое целое, называемое пространство-временем, которое может искажаться под действием гравитации и ускорения. Поэтому если объект движется очень быстро или на него действует очень сильная гравитация, время для этого объекта замедлится по сравнению с объектом, на который не действуют эти силы. С помощью математических расчетов можно предсказать, насколько замедлится время для быстро движущегося объекта. Возможно, это звучит довольно странно, но мы знаем, что это действительно так. GPS — система глобального позиционирования, спутники которой зависят от точного измерения времени для точного отображения карты Земли — является доказательством. Спутники проносятся вокруг планеты со скоростью около 14000 км/ч, и если бы инженеры не корректировали свои часы, чтобы компенсировать относительность, то через день карты Google на наших смартфонах давали бы нам координаты, которые были бы на 9,86 км ниже. Как работают магниты? «Чертовы магниты: как они работают?» Именно этот вопрос задавали рэперы Insane Clown Posse в своем сингле «Miracles» несколько лет назад, в результате чего комики из «Saturday Night Live» безжалостно высмеяли их. Но это вполне разумный вопрос, над которым стоит задуматься. Магнит — это любой предмет или материал, имеющий магнитное поле, то есть пучок электронов, текущих вокруг него в одном направлении. Электроны, как рэперы из Детройта, которые носят клоунские маски, много ругаются и пьют Faygo Cola, любят объединяться в пары, а в железе много неспаренных электронов, которые так и норовят присоединиться к действию. Поэтому предметы, состоящие из твердого железа или содержащие много железа, например, гвозди, будут притягиваться к достаточно мощному магниту. Вещества и предметы, притягивающиеся к магнитам, называются ферромагнитными. Люди знают о явлении магнетизма уже очень и очень давно. Существуют магниты естественного происхождения, например, камни. Средневековые путешественники научились тереть стальные иглы компаса об эти камни, чтобы они принимали электроны и намагничивались, то есть создавали собственные магнитные поля. Эти магниты не были особенно долговечными, но в XX в. исследователи разработали новые материалы и зарядные устройства, которые позволили им сделать более мощные постоянные магниты. Вы можете создать магнит, называемый электромагнитом, из куска железа, обернув вокруг него электрический провод, а затем соединив его концы с полюсами большой батареи с зажимами сверху. По материалам статьи «10 Science Questions You Should Really Know How to Answer» HowStuffWorks