Я не люблю вспоминать первый вариант холодильного костюма ("душегубку", как сказал Д.Д.) и разговор с Данил Даниловичем тоже. Единственное, что меня утешает: не я один "опростоволосился". Мне удалось отыскать книгу, откуда я взял злополучную идею с водой.
В интересной повести Г. Гуревича "Подземная непогода" сделана та же ошибка: "В забое рабочие ходили в несгораемых асбестовых костюмах, похожих на водолазные. В них было неудобно работать, передвигаться трудно, потому что приходилось таскать на спине ранец с холодильником, аварийный запас кислорода и термос с холодной водой, чтобы напиться, не снимая шлема, даже обрызгать себя при желании. Но при всех ухищрениях температура в костюме была не ниже пятидесяти градусов".
Остальное ясно. При температуре 50 градусов воздух в костюме будет нагревать человека. Для отвода тепла – внутреннего и внешнего – останется единственный путь – испарение пота. При таких условиях "обрызгать себя водой" равносильно самоубийству…
АРИФМЕТИКА – НАУКА ТОЧНАЯ
Я уже знал: мало защищать человека от внешнего тепла, надо ещё отводить тепло, вырабатываемое организмом. Но даже теперь задача не казалась мне особенно трудной.
Костюм должен по возможности снижать приток тепла снаружи. Значит, необходим комбинезон с надёжной тепловой изоляцией.
С внутренним теплом сложнее. Его нужно отводить – это ясно. Но как? В принципе возможны два пути. Во-первых, аппарат типа холодильника или кондиционера. Расходуя энергию (например, электрическую), аппарат будет охлаждать подкостюмное пространство, нагревая воздух в шахте. Второй вариант – взять с собой запас сильно охлаждённого вещества (скажем, льда) и за счёт его нагревания "гасить" образующееся тепло.
Шахтный воздух меня мало беспокоил – пусть нагревается хоть до температуры Солнца. А вот откуда взять энергию для питания "холодильника"? Я прикинул вес электрических батарей, аккумуляторов – получилось много: десятки килограммов. В условиях же конкурса говорилось ясно – восемь, максимум десять. Оставался второй путь.
Расчет запаса холодильного вещества в принципе доступен школьнику восьмого класса. Нужно составить уравнение с одним неизвестным. Слева – количество тепла, поступающего в подкостюмное пространство. Справа – количество тепла, которое может "поглотить" холодильное вещество. Между ними знак равенства – теплоотвод должен равняться теплопритоку. Составить уравнение – дело нескольких минут. Очевидно, левая часть уравнения слагается из двух величин: тепла, вырабатываемого организмом, и тепла, проникающего в костюм сквозь изоляцию. Справа – произведение "холодильной энергии" (удельной теплоты плавления или испарения) на искомый вес вещества.
Я взял справочники и приступил к расчёту. Оказалось, что даже при хорошей изоляции сквозь стенки комбинезона за два часа прорвётся не менее 500 больших калорий. За то же время организм выработает еще 800. В сумме – 1300.
Для охлаждения проще всего взять лёд. При плавлении каждый килограмм льда поглощает 80 килокалорий. Ещё 20 калорий поглотит вода, нагреваясь от 0 до 20 градусов. Значит, "холодильная энергия" 1 килограмма льда – 100 больших калорий. Отсюда вес холодильного вещества – 13 килограммов.
Не утешительно. Вместе с комбинезоном, шлемом, изоляцией, резервуаром для льда получится что-то около 20 килограммов – в два раза больше, чем допускают условия конкурса.
Я пробовал заменить лёд другим охлаждающим веществом: сжиженным аммиаком, твёрдой углекислотой, фреоном… Результат оставался неизменным. Теплозащитный костюм имел слишком большой вес.
А что это за неприкосновенные числа – 8-10 килограммов? Нельзя ли сделать костюм тяжелее? Увы, нельзя. Чтобы человек нормально работал, общая нагрузка на него не должна быть выше 28-30 килограммов. Инструменты горноспасателя весят 7 килограммов. Респиратор (дыхательный прибор) ещё 11-13. Остается именно то, что указано в условиях конкурса, 8-10 килограммов…
Чего я только не пробовал! Пытался увеличить изоляцию – приток тепла снаружи снижался, зато возрастал вес изоляции. Уменьшал изоляцию – увеличивался приток.
Можно было, конечно, снизить срок действия костюма до часа или увеличить его вес до 20 килограммов. Но и то и другое одинаково запрещалось условиями конкурса.
Только теперь я вспомнил разговор, который слышал в Москве, в Министерстве угольной промышленности. Беседовали двое – начальник отдела министерства и приезжий инженер из Кузбасса.
– Мы поручили разработку костюма лаборатории, – говорил начальник. – Они возились год и вернули задание. Не вышло.
– Плохо, – заметил инженер. – Костюм нужен.
– Именно, – согласился начальник. – Поэтому мы обратились в высшую инстанцию – в Институт холода Академии наук СССР.
– Серьёзное учреждение. – Это было сказано с уважением.
– Безусловно. Они дали нам развернутое заключение с расчетами и анализом. Если сформулировать ответ коротко, он звучит так: "Невозможно". После этого, вы понимаете, у нас не было выхода. Или, точнее, остался единственный выход: объявить конкурс…
– Невозможно, – сказал я Гене.
Гена посмотрел на меня мутным взглядом и вяло махнул рукой. Ему было не до конкурса – глаза ввалились, на лбу крупные капли пота. Грипп крепко вцепился в него.
– Че-пу-ха, – с трудом выговорил он. – Ерунда и чушь. Вся история техники состоит из сплошных "невозможно". Невозможно было разжечь костёр. Построить пароход. И паровоз, конечно, тоже невозможно. И радио. И самолёт. И телевизор. Альберт Эйнштейн сказал… точно я сейчас не помню, но приблизительно: "Все знают, что это невозможно. Потом приходит человек, который этого не знает. Он-то и делает изобретение…"
ТРИ ПУТИ ЧЕРЕЗ НЕВОЗМОЖНОЕ
Есть три пути через невозможное. Не так уж мало, если вспомнить, что оно невозможное.
Первый путь – медленный и долгий. Кажется, задача неразрешима. Но шаг за шагом (вернее, миллиметр за миллиметром) идёт вперёд наука. Развивается техника – появляются новые материалы, машины, способы. И вдруг (конечно, это происходит не вдруг) люди обнаруживают, что та, старая задача вовсе не так уж сложна. Теперь для её решения есть все условия. Эти условия возникали постепенно из небольших, невидимых для глаза изменений. Миллиметры стали метрами.
Так медленно и постепенно, без заметных "рывков", человечество преодолело многие барьеры невозможного. Не отдельные эффектные "броски в будущее", а прежде всего общее развитие науки и техники сделали возможным появление телевизора, атомных электростанций, спутников…
Второй путь через невозможное – открытие, то есть установление чего-то ранее неизвестного человечеству: законов, свойств, явлений окружающего нас материального мира. Тут все (кроме, разумеется, самого открытия) просто и понятно. В XVIII веке заглянуть "внутрь" человека было невозможно – все это знали. Но когда Рентген открыл лучи высокой "проходимости", просвечивание стало обычной технической задачей. Требовалось создать аппарат, приспособить пленку и тому подобное – однако в принципе задача была решена.
Новые знания – новые возможности, это естественно. Но изобретение, как правило, строится на старых знаниях, опирается на то, что известно любому специалисту. И всё-таки именно с помощью изобретений человек чаще всего преодолевает барьер невозможного.
Кажется невероятным: все знают и… считают невозможным. Это странное и прискорбное явление я назвал бы инерцией мысли. Люди (а специалисты особенно!), постоянно имея дело с определёнными вещами, привыкают к ним и начинают думать, что эти вещи единственно "разумные". Нужно огромное внутреннее усилие, революция в сознании, чтобы взглянуть на мир по-другому, увидеть его в новом, непривычном свете. Этот оригинальный, неожиданный угол зрения и даёт изобретение – машину или способ, в которых старые знания используются по-новому.
Можно ли, например, кислород из одного баллона целиком перевести в другой без применения технических средств (насосов, компрессоров и прочего)? Специалист скажет, что нет. Если соединить баллоны, то в пустой баллон перейдёт только часть газа. И всё-таки сделать это можно. Нужно просто налить в пустой баллон воду и поднять его повыше. Кислород и вода "поменяются местами", сделав то, что казалось невозможным.
… Гена поправился, и мы принялись за холодильный костюм всерьёз. Теперь мы представляли трудность задачи и решили работать отдельно – пусть вместо одной дороги у нас будут две.
Честно говоря, я не очень верил в успех. Уж если Институт холода Академии наук… Но у мыслей своя логика. Начав думать, я уже не мог остановиться – на занятиях в аспирантуре, в кино, за обедом я непрерывно "тасовал" калории тепла, килограммы фреона, миллиметры изоляции. Возмущался: почему из 30 килограммов, которые может нести человек, на холодильный костюм дают 8 или 10?
И всякий раз возмущение гасло. Чтобы дышать в атмосфере горящей шахты, нужен респиратор. Для работы горноспасателю необходимы инструменты. Стена!
Однако выхода не было, и я понемногу начал думать о подкопе. Нельзя ли снизить вес инструментов или респиратора и получить для костюма ещё хоть 2-3 килограмма? Сомнительно: снаряжение горноспасателя отрабатывалось годами. И главное, 2-3 килограмма ничего не решат. Вот если бы…
Сначала я отбросил эту мысль, она показалась мне слишком дерзкой. Но мысль вернулась. Она приходила всё чаще. И наконец я сдался. Путь был один – выбросить респиратор. Создать комбинированный костюм, в котором и дыхание и охлаждение будут осуществляться одним веществом.
Разумеется, это мог быть только кислород – ничто другое для дыхания не годится. Но какой? Я подумал о перекиси. Однако перекись разлагается с выделением тепла, тепла же и так больше чем достаточно. Газообразный кислород? Нет. Даже сильно охлаждённый, он сможет поглотить очень мало тепла. К тому же тяжелые и громоздкие баллоны… Значит…
Я наклонился к Гене (разговор происходил в библиотеке) и сказал тихо:
– Жидкий кислород.
Он пожал плечами, словно это само собой разумелось.
– Ясно.
Мы вышли в коридор, и тут обнаружилось, что это вовсе не само собой. Напротив, весьма сомнительно. Жидкий кислород был чем-то экзотическим, вроде тысячелетнего баобаба или дикой собаки динго. Никто из нас его не видел. Не знал, где его получают и можно ли его достать. И как с ним работать, если он исчезает, а то и просто взрывается…
– Идея заслуживает внимания, – сказал Д.Д. – Прямо-таки хорошо.
– В таком случае кислород будет, – заверил Смолин. – Только смотрите…
Взрываться нам не хотелось. Особенно в исторический момент, когда Д.Д. – может быть, впервые в жизни – сказал "хорошо".
ОПЫТ № 16: "ПАЛЕЦ ГЕНЫ"
Эта холодная книга (описанные в ней события происходят при температуре на 200 градусов ниже комнатной) читается горячо. Её автор – Жорж Клод – один из тех, кто первый поверил в жидкий воздух ("Жидкий воздух" – название книги). Изучал его свойства. Ставил эксперименты. Спорил. Доказывал. Хоронил друзей (опыт не удался). Получив в физиономию заряд мелко разбитого стекла, писал: "отделался сравнительно благополучно". Создавал машины, приборы, аппараты. И под грохот взрывов вывел жидкий воздух в люди!
Недавно я перечёл эту книгу. Смеялся (много весёлого), грустил, вспоминая, сколько лет прошло с тех пор, как я её читал впервые, размышлял, что всё стареет – вот и машины, изобретённые Клодом, сейчас увидишь только в музее… И всё время меня не покидало ощущение, что я коснулся самых истоков науки, присутствовал при величайшем событии – её рождении. С таким чувством читаешь Эйнштейна и Павлова, "корабельных дел академика" Крылова, одного из создателей теории сорбции (поглощения газов твёрдыми телами) шотландца Макбена…
О достижениях науки пишут в учебниках. Это, конечно, необходимо. Но если вы хотите ощутить трепет, если вас интересует "душа" науки, читайте тех, кто науку строил. Читайте первооткрывателей!
Вернемся, однако, к кислороду. Жидкий кислород, как ясно хотя бы из названия, – жидкость. Удельный вес её 1,12, то есть немногим больше, чем у воды. Но в литре этой жидкости сконцентрировано колоссальное количество обычного кислорода – около 800 литров. И если бы она мгновенно превратилась в газ, произошел бы взрыв большой силы. Ведь это не шутка – увеличение объёма в 800 раз!
А такая угроза существует постоянно. Температура кипения жидкого кислорода минус 183 градуса. Иначе говоря, в нормальных условиях он чувствует себя как вода на раскалённой сковородке. Непрерывно испаряясь, жидкость переходит в газ. И если сосуд с жидким кислородом закрыть, взрыв произойдет мгновенно.
Вообще я обнаружил, что в книгах о жидком кислороде слово "взрыв" встречается слишком часто. Не скажу, чтобы меня это очень вдохновило.
Правда, Клод пишет об этом спокойно и весело. Однажды в поезде сосуд с жидким кислородом опрокинулся. Последовал взрыв. Он попробовал объяснить соседям по купе, что ничего особенного не случилось. К сожалению, именно в этот момент поезд остановился. И пассажиры скрылись, так и не услышав самых убедительных доводов…
А чего стоят советы, которые Клод дает всем будущим лекторам!
1. Держать своих слушателей на почтительном расстоянии от сосуда с жидким кислородом.
2. Заранее (во избежание претензий!) предупредить их о возможных сюрпризах – шумных, но безопасных.
3. Иметь в зале нескольких знакомых, которые в решающий момент сумеют убедить слушателей сохранять спокойствие.
4. Брать с собой на лекцию по крайней мере два сосуда, чтобы не очутиться в положении журавля из известной басни.
И в заключение коротко и выразительно: "Я даю эти советы во всеоружии своего опыта!"
Сомнений, однако, у нас не было – пробовать. Если в конце прошлого века, когда аппаратура только создавалась, когда исследования велись на ощупь, Клод работал, то нам просто нельзя было отступать: потеряешь к себе уважение. Да и кое-какой опыт взрывов у нас был…
Скажу сразу – всё обошлось благополучно, без единого взрыва. Это, конечно, не наша заслуга. Наука о свойствах веществ, техника кислородного дела шагнули далеко вперёд. Теперь требовались особая неловкость или упрямое нарушение правил, чтобы взрыв всё-таки произошёл. А мы обещали Смолину вести себя кротко и мирно.
Лаборатория. Длинный пустой стол. Штативы, пробирки, колбы – всё убрано подальше. На столе – несколько сосудов необычной формы. Мы знаем их по рисункам в книгах – сосуды Дьюара. Большой металлический шар и узкое, длинное, как у журавля, горло.
В принципе сосуд Дьюара устроен, как термос. Только вместо цилиндров шары – один в другом. Из пространства между ними выкачан воздух: вакуум – хорошая изоляция. Стенки сосудов посеребрены и "отражают" наружное тепло. Внутренний шар висит свободно. При наклоне сосуда он качается, касаясь наружного. В этот момент приток тепла извне резко возрастает, испарение усиливается. Пары газа давят на жидкость, и… ничего особенного не происходит. Облегчается работа Гены, он переливает жидкость из сосуда в тонкий химический стакан.
И вот он – жидкий кислород. Первые капли бегают по дну стакана, как по горячей плите, и шипят – ещё бы, разница в температурах больше 200 градусов! Но операция окончена, и мы несколько разочарованы. В стакане обыкновенная прозрачная вода с легким голубым отливом.
Трудно поверить, что всего в нескольких сантиметрах от тебя страна, в сравнении с холодом которой показалась бы африканской жарой зимняя стужа Антарктики.
Область ультраполярных температур. Область, где редко пользуются привычной шкалой Цельсия. Где, сползая вниз, температура приближается к абсолютному нулю, с которого берут начало градусы Кельвина.
Температура в комнате – около 300 градусов Кельвина. Температура жидкого кислорода – 90 градусов. Жидкого водорода – 20 градусов. Жидкого гелия – 4,2 градуса. Рекордно низкая температура, достигнутая в лаборатории, лишь на двадцать миллионных долей градуса выше абсолютного нуля!
Страна ультраполярных температур полна загадок. При гелиевых температурах сжиженные газы почти полностью теряют вязкость и проходят без трения сквозь самые узкие отверстия. Электрический ток в металлах не встречает сопротивления. Меняются свойства элементов на низшем, атомном уровне. Вот то немногое, что известно. А сколького мы не знаем. Может быть, в области ультраполярных температур лежит разгадка тайн строения материи…
– Володя, не спи! – требует Смолин.
Действительно, отвлекаться нельзя. Голубая "вода" в стакане кипит, кипит непрерывно. Белое облачко пара вьётся в воздухе.
Скоро мы к нему привыкнем. Без этого облачка не обходится ни один опыт. Это не кислород, как можно подумать (газообразный кислород бесцветен), а пары. При соприкосновении с холодным кислородом пары воды, находящиеся в воздухе, конденсируются, образуя "облачко"…
Разворачиваем пакет, захваченный из дому, и приступаем к экспериментам. Большинство из них описано в книгах. Мы их повторяем. Во-первых, это интересно. А во-вторых, необходимо. Чтобы рекомендовать жидкий кислород горноспасателям, нужно на собственном опыте изучить его свойства.
Смолин с удивлением разглядывает "орудия эксперимента": сломанные градусники, букетик цветов, резиновый мяч, яблоко, две пробки, кусок свинца, ржавую пружину, старую фетровую шляпу…
– Не хватает только моего пальца, – говорит Гена. Смолин вежливо улыбается. Чудак, он думает – это шутка. Но в списке экспериментов за номером 16 указан опыт: "Палец Гены".
А пока ртуть. Мы собираем её в пробирку и погружаем пробирку в жидкий кислород. Удар молотком, пробирка разлетается. Я зажимаю твёрдый столбик ртути щипцами, и на глазах потрясённого Смолина вгоняю ртутью гвоздь в лабораторный стол.
Мячик, яблоко, шляпа и пробки, "познакомившись" с температурой минус 183 градуса, начисто меняют свойства. Удар, и мячик с легким звоном разлетается на куски. Яблоко и пробку мы растираем в пыль: получается особый "яблочно-пробковый" порошок. "Бум!" Смолин жмурится – летят осколки старой фетровой шляпы…
А вот ржавая пружина сделалась молодой и упругой. Её трудно растягивать, она легко выдерживает вес вдвое больше, чем обычно. И свинец стал упругим. Жаль, что мы не можем сделать из него колокольчик. Говорят (вернее, пишут), что свинцовый колокольчик, опущенный в жидкий кислород, звенит потом как серебряный…
Гена наполняет кислородом пробирку и подвешивает её на нитке к штативу. Подносит магнит. Я знаю, что должно случиться, и всё равно удивляюсь, когда это случается: пробирка тянется к магниту. Жидкий кислород, как пишут в книгах, обладает магнитными свойствами.
Мы макаем в пробирку папиросу, зажигаем и смотрим, как она, словно бенгальский огонь, разбрасывает красные и золотые искры.
Жалко, что сейчас день, и на окнах лаборатории нет штор. В темноте мы могли бы увидеть интересные вещи. Как светится ровным зеленым пламенем опущенный в кислород белый воск. Или мерцающий синий свет, которым горит белая яичная скорлупа. Фосфоресценция.
А вот цветы… Наверное, это красиво: они становятся нежными, прозрачными и лёгкими, как елочные игрушки. Но есть в них что-то холодное, неживое. Словно они из фарфора. Я отвожу глаза. У Гены дрожит рука, и слабый, едва уловимый звон плывет над нами. Мёртвый звон.