Виталий Севастьянов - Загадки звездных островов. Книга 2 (сборник)
Электростанция возле поселка Каясула с пуском первой очереди в год будет давать десять тысяч киловатт-часов электроэнергии. Успех испытаний откроет перспективу вдесятеро более мощной станции. Но и это не предел: специалисты уже рассчитывают параметры геотермальной станции мощностью в миллион киловатт. Она позволит экономить в год до двух миллионов тонн условного топлива.
Инженер Гарин, герой фантастического романа А. Толстого "Гиперболоид инженера Гарина", хотел с помощью теплового луча пробурить скважину до оливинового пояса. Он был во власти навязчивой идеи: получить из расплавленных недр оливинового пояса золото, чтобы править миром. Конечно, представления и терминология автора (а роман был написан в 1926–1927 годах) отличаются от современных. Под оливиновым поясом Алексей Николаевич, по-видимому, имел в виду верхний слой земной мантии (слой В), а точнее область пониженных скоростей в этом слое — астеносферу. Вещество астеносферы, по мнению ученых, действительно находится в состоянии, близком к расплавленному. Истоки вулканов, очаги горячей магмы лежат как раз в астеносфере.
В наше время фантастическая идея пробиться к мантийной магме Земли приобрела иное содержание: в глубь Земли — за энергией. В некоторых местах магма находится на глубине "всего лишь" четырех-пяти километров. (Петр Гарин в романе Толстого очень рассчитывал на это обстоятельство.) Большую помощь ученым в поиске магмы близкого залегания и выходов ее на поверхность оказывает мантийный гелий. Между прочим, он уже нашел применение для предсказания землетрясений, извержений вулканов, для разведки полезных ископаемых.
Преимущество магмы для получения энергии по сравнению с теплом сухих горных пород состоит в том, что она находится в постоянном движении и поэтому будет обеспечивать непрерывный подвод тепла к теплообменнику. Кроме того, высокая температура магмы (около 1000 °C) дает возможность генерировать энергию с большим коэффициентом полезного действия. Безусловно, до создания первой "магменной" электростанции пройдет еще немало времени, но эта идея из научно-фантастической уже переведена в научно-исследовательский ранг.
Прирученная человеком энергия подземного тепла, ветра, морских и океанских приливов, рек все-таки не станет равноценной заменой горючим ископаемым. Конечно, это весомая прибавка в энергетическую копилку человечества, но и она в конечном счете не спасет мир от энергетической катастрофы в будущем. Она только сможет отсрочить ее.
Единственный шанс избежать энергетической катастрофы — это успеть вовремя перевести стрелку: перевести промышленность на рельсы другой энергетики. Мир настойчиво ищет энергию. В ряде стран приняты законы, обязывающие внедрять новые источники энергии. "…Уже становится общепризнанным, — писал академик Петр Капица, — что надежда на решение глобальных энергетических проблем связывается с использованием ядерной энергии. Физика дает полное основанье считать, что эта надежда обоснованна".
В 1905 году Альберт Эйнштейн пришел к выводу, что находящаяся в покое масса m содержит огромный запас энергии Е = mС2, где С — скорость света. С тех пор получено огромное число подтверждений этого закона, и одно из них — атомная бомба. Формула Е = mС2, дающая предельное значение содержащейся в массе вещества энергии, вошло в историю как формула Эйнштейна. Интересна предыстория этого соотношения, связанная с именем выдающегося английского ученого, математика и электротехника Оливера Хевисайда (1850–1925). Имя Хевисайда хорошо известно студентам вузов электротехнических и радиотехнических специальностей. Курсы теоретических основ электротехники и радиотехники начинаются с операторного метода расчета цепей, созданного Хевисайдом. Он внес большой вклад в теорию передачи электрических сигналов по линиям связи. Уравнения Хевисайда принесли огромные барыши телеграфным компаниям, но сам их создатель жил в бедности. Хевисайд был горд. Он не принимал пожертвований.
В 1902 году (одновременно с американским электротехником Артуром Кеннеди) Хевисайд указал на существование высоко над поверхностью Земли ионизированного слоя, который должен отражать радиоволны. Специалисты не сразу поверили этому открытию. И только в 1924 году за два месяца до смерти Хевисайда было получено подтверждение существования слоя. Его раньше называли слоем Хевисайда. В современной даже узко специализированной литературе этого названия почти не встретишь. Тем удивительнее было увидеть его в стихах…
За слоем Хивсайда, за легкою пыльюЗемной атмосферы безмолвье звучит.Холодная вечность, дремучие крыльяРасправив в мирах, беспредельно парит.
Планеты плывут по орбитам с шуршаньем,И где-то кометы, хвосты распустив,Летят по путям громовым мирозданья,Маршруты, как шпаги стальные, скрестив.
Дороги еще не изведаны эти,Но время идет непреклонной судьбы,Придет человек — от планеты к планетеПротянутся вдаль верстовые столбы.
Автор этих строк, датированных 1946 годом, поэт Сергей Орлов, фронтовик, горевший в танке. Я недавно наткнулся на них, просматривая в книжном магазине посмертно вышедший (в 1982 году) сборник его стихотворений. И вдруг давно забытое название — "слой Хивсайда". Прочел стихотворение и восхитился: "Первый послевоенный год — и такая вера в будущее!" Спустя пятнадцать лет сквозь "слой Хивсайда" проложил трассу Юрий Гагарин и отмерил первые космические версты.
Бывший инженер-связист, достигший немалых успехов в этой области, а ныне популярный писатель Артур Кларк в своей книге "Голос через океан" рассказывает об одном малоизвестном открытии Хевисайда.
"Используя основы физики, — пишет Артур Кларк, — Хевисайд установил зависимость между массой и энергией тела задолго до того, как она стала известна ученому миру. К 1890 году в своих исследованиях он уже пришел к подтверждению зависимости Е = mС2, предвосхитив, таким образом, на 15 лет более общую формулировку этого закона Эйнштейном. Это самое поразительное и менее всего известное широкой публике достижение Хевисайда.
Как и Эйнштейн, Хевисайд в последние годы жизни работал над теорией единого поля, которая объединяет электричество, магнетизм и силы притяжения. Результаты исследования он изложил в четвертом томе своей "Теории электромагнетизма", но этот том не был опубликован. (Три объемистых тома "Теории электромагнетизма" были опубликованы. — Ред.) Несмотря на усиленные поиски, рукопись обнаружить не удалось. Однако известно, что она существовала и что Хевисайд передал ее какому-то американскому издателю, отказавшемуся выдать ему аванс в сумме тысячи фунтов стерлингов.
Здесь заключена мучительная загадка, одна из тех, которые никогда не будут разрешены. Подобно этому остались неизвестными последние слова, произнесенные умирающим Эйнштейном, — и лишь по той причине, что сиделка не понимала по-немецки. Безусловно, копия рукописи имелась у Хевисайда дома, но, когда его поместили в больницу, никто, видимо, не подумал об этой стороне дела. Сообщение о смерти Хевисайда было немедленно передано Би-би-си. На другой же день предприимчивый вор-взломщик проник в пустой дом. Ценностей он там, конечно, не нашел, ко украл много книг и рукописей. И вполне возможно, что современные физики бьются над какой-либо проблемой, решение которой было украдено февральской ночью 1925 года".
Первое экспериментальное подтверждение правильности соотношения между массой и энергией было получено при сравнении энергии, высвобождающейся при радиоактивном распаде, с разностью масс исходного ядра и конечных продуктов.
Другим примером огромной энергии, заключенной в массе покоя, часто пользуются писатели-фантасты.
Эта реакция аннигиляции. При столкновении электрона и позитрона (электрона с положительным зарядом) энергия покоя этих двух частиц полностью высвобождается и переходит в энергию электромагнитного излучения.
Однако существуют строгие ограничения на величину энергии, которая может быть извлечена из массы покоящегося вещества, и устанавливаются они одним из основных законов природы — законом сохранения барионов. Согласно этому закону полное число протонов и нейтронов в данном образце обычного вещества должно остаться постоянным. Поэтому и не существует способов, с помощью которых можно извлечь в земных условиях, например, из грамма песка всю заключенную в нем энергию. А эта энергия превышает энергию, выделяемую при сгорании одного грамма угля, более чем в три миллиарда раз. Однако в случае тяжелых ядер, таких, как уран, может происходить перераспределение протонов и нейтронов, при котором масса покоя уменьшается примерно на 0,1 процента. Но даже и при столь небольшом "коэффициенте полезного действия" высвобождаемая ядерная энергия вещества во много раз превышает химическую.
