Решение задачи «в лоб». Изобретения, пойманные на кончике пера

Содержание реферата

«Решение задачи «в лоб». Изобретения, пойманные на кончике пера»

Введение

1. Различные примеры применения задачи «в лоб».

1.1. Открытие нового способа получения пунцовой краски – ализарина.

1.2. Производство искусственных алмазов.

1.3. «Умное перо» Максвелла

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Данный реферат посвящен изо­бретениям, так сказать, сде­ланным напря­мик.

Чтобы дать понять, что такое задача «в лоб», рассмотрим в качестве примера некоторый отрывок из книги Марка Твена.

Во владе­ниях некоего короля поселился огнедышащий дракон. Дракон жил так, как положено сказочному дракону,— по ночам выползал из пещеры, пожирал жителей, разо­рял города и деревни. Король тоже вел себя так, как положено сказочному королю. Он объявил международ­ный конкурс, посулив руку своей дочери тому храбрецу, который убьет дракона.

Со всех концов света съезжались рыцари, закованные в железо. Они кидались в логово дракона с копьями на­перевес и навсегда исчезали в пещере. Дракон не уста­вал жевать рыцарей в жесткой железной скорлупе. Королевна в отчаянии следила за исчезновением стольких же­нихов, она рисковала остаться старой девой.

И вот является хилый рыцарь без всяких доспехов, в пенсне и с дорожным рюкзаком за плечами. Явился и мямлит, щуря близорукие глаза:

— Я, если позволите, тоже желал бы испытать свои силы в поединке с драконом.

И такой он был хилый и близорукий, что рыцари и дамы захихикали, а король пожал плечами. Но согласие дал. Королевское слово крепко.

Собрались придворные поглядеть на смерть чудака. А чудак вынимает из мешка пожарную каску и огнету­шитель и уверенным шагом идет к пещере. Дракон зары­чал, высунул голову, пламенем дохнул из пасти. Но рыцарь проворно хлопнул оземь огнетушителем. Пенная струя ударила в огненную глотку. Дракон задымил и сдох. Закатили на радостях пир горой. Король подхватил героя под руку, потащил его к столу.

Стали спрашивать, как он осилил дракона.

«Милостивые государи и государыни,— начал рыцарь, назидательно подняв палец,— я первый подошел к этой проблеме научно. Мои уважаемые коллеги и предшест­венники слепо бросались на чудовище, не разобравшись предварительно, с чем имеют дело. Я же поставил вна­чале лабораторные опыты. Пришлось построить специ­альный инкубатор и в лаборатории вывести из драконо­вых яиц маленьких драконят. Тщательно изучив их поведение, мне удалось выяснить, что жизненной силой дракона является огонь, и если его погасить, дракон по­гибнет. Теперь мне осталось только снять со стены огне­тушитель... И вот дракон у ваших ног».

Как кончается сказка, женился ли рыцарь на королевне или нет.

Нас не это особо не интересует. Важно другое. Рыцарь наш — изобретатель. Он ведь изобрел оружие против драконов.

Тут Марк Твен шутливо описал один из путей, кото­рыми изобретатель доходит до изобретения. Путь реше­ния задачи «в лоб». Изобретатель ставит задачу, рассуж­дает теоретически, проделывает в лаборатории опыты и постепенно, шаг за шагом, медленно, но верно добирается до правильного решения.

1. Различные примеры применения задачи «в лоб».

1.1. Открытие нового способа получения пунцовой краски – ализарина.

В середине прошлого века было сде­лано важное изобретение в химии: способ искусственного получения пунцовой краски — ализарина.

Раньше ализарин находили в готовом виде — в кор­нях полевого растения морены. Химия в те времена была развита слабо. Кое-кто считал, что и вообще человеку не под силу искусственно делать естественные вещества, ко­торые встречаются в природе.

— И не пытайтесь! — шептали некоторые, делая та­инственное лицо.— Есть в природе такие вещи, которых никогда не освоить человеку.

И у многих опускались руки.

Но красильщикам дела не было до каких бы то ни было тайн. Им нужна была краска, чтобы красить ткани. Они требовали ализарин наперебой и так взвинтили спрос, что растения морены стало не хватать. Краска страшно вздорожала, и химики начали добиваться полу­чения ализарина искусственным путем.

Многие поломали на этом деле копья, и все нападали на неразрешимые технические трудности.

Наконец изобретатели добились своего: получили ализарин из каменноугольного дегтя.

Пунцовое из дегтя! Как это пришло в голову? Как они добрались от корней растеньица морены к черному ка­менноугольному дегтю?

В том и секрет успеха, что изобретатели и не стали вслепую толкаться из стороны в сторону. Они постара­лись найти дорогу повернее. Изобретатели не только знали химию, они еще и уважали математику.

Изобретатели рассуждали так, как решают геометри­ческую задачу. Предположим, задача решена — ализа­рин получен.

Возьмем готовый ализарин из корней морены и изу­чим такие его химические реакции, которые, если их про­вести в обратном порядке, снова дадут ализарин. Ска­жем, реакция окисления и восстановления.

С помощью цинковой пыли удалось восстановить али­зарин. Вышло удачно. Получилось хорошо известное ве­щество антрацен. Его-то химики знали, как получать. Он легко добывался из каменноугольного дегтя.

Порядком повозившись в лаборатории, химики научи­лись окислять антрацен и вскоре стали готовить ализа­рин на заводе.

Красильщики получили дешевую краску. А философы получили еще одно подтверждение мате­риалистической теории.

На заре органической химии люди искусственно сде­лали сложное естественное вещество, встречавшееся только в природе. Они лишний раз убедились в том, что нет для человека в мире непостижимых тайн, и еще креп­че поверили в свою безграничную силу.

1.2. Производство искусственных алмазов.

Внешний облик произ­водства искусственных алмазов в Советском Союзе был довольно внушительным. Аппаратура размещалась в бронированных комнатах, на­поминающих сокровищницы банковских подвалов. В них попадаешь через стальные двери, похожие на дверцы сейфов, замыкающиеся на прочный запор. Можно ска­зать, что алмазы не только хранятся, но и рождаются в сейфах.

Между тем социальная природа бронированных сей­фов, в которых рождаются алмазы, несколько иная, чем природа банкирских сейфов. В стальных стенах и надеж­ных замках, заблокированных электричеством, воплоти­лась не толстосумовская жажда накопительства, а забота о здоровье и благополучии людей, обслуживаю­щих сложную аппаратуру. Не тревожное око частного детектива контролирует все эти солидные ограждения, а заботливый глаз профорга, отвечающего вместе с ди­рекцией за технику безопасности. Скажем прямо, производство алмазов — дело нешуточное. Оно было решено применением сверхмощных технических средств. В аппа­ратах пленены и стараются вырваться из плена могучие силы природы. Потому-то оказалось разумным оградить установки защитной броней для страховки от маловеро­ятных, но все же возможных аварий...

По свидетельству филологов, слово «алмаз» происхо­дит от греческого «адамас», что означает «непреодоли­мый», «непобедимый». И в самом деле, алмаз царит на высшей ступени иерархии твердости. На любом из при­родных материалов он способен процарапать черту, слов­но гордый росчерк своего превосходства; ни один даже самый твердый природный материал не способен поца­рапать грани алмаза.

Мифология устами Гесиода и Эсхила повествует, что из материала под названием «адамас» был не только вы­чеканен шлем Геракла, но и выкованы цепи Прометея. Тут истоки двойной социальной символики алмаза и за­чин объяснения того, почему драгоценные бриллианты венчали короны и скипетры императоров. Самодержцы всех времен искали в алмазе некий талисман неприступ­ной силы, нерушимой власти над людьми.

Редкостность крупных алмазов, квадратичная форму­ла роста цены их с увеличением веса сделали алмаз ядром концентрации самых больших денежных сумм, которые когда-либо воплощались в маленьком куске при­родного вещества: известно, что крупные алмазы стоят миллионы. Не случайно поэтому, что в обществе, где деньги властвуют над людьми, алмаз стал узлом и пру­жиной драматических конфликтов. Библиография худо­жественных произведений об алмазе, упомянутая акаде­миком А. Е. Ферсманом, где перечисляется более тысячи романов, рассказов, пьес, поэм, доказательно подтвер­ждает это.

Камень чистейшей воды становился эпицент­ром мутного водоворота, в котором кипело и вихрилось все бесчестное и мерзкое, что рождалось корыстью и жес­токостью досоциалистических формаций. Голубой арис­тократический огонек отграненного бриллианта символично соседствовал с красной искоркой крови. Ве­личайшие алмазы императорских дворов Европы появи­лись в потоке разграбления Индии, Латинской Америки, африканских стран, жесточайшей эксплуатации колоний. В испещренном древними письменами алмазе «Шах», преподнесенном персидским шахом русскому царю в виде компенсации за убийство русского посланника, до сих пор мерцает кровь Грибоедова.

В истории алмаза все символично! Незадолго до того как сиятельный Людовик XVI был развенчан в заурядно­го гражданина Капета и отправлен на гильотину, фран­цузский химик Лавуазье сжег и развенчал алмаз, дока­зав его полное химическое тождество заурядному углю, графиту. Оказалось, что сверхтвердый алмаз и мягчай­ший графит состоят из одних и тех же атомов углерода, но построенных в различные кристаллические решетки. С той поры открылись новые, но все так же кипящие страстями страницы истории алмаза, где не короли и пираты, а ученые и предприниматели ис­полняют роли главных действующих лиц. Начались по­пытки реализовать обратный процесс — графит превра­тить в алмаз.

Научная библиография алмаза содержит более де­сятка тысяч названий.

Среди них немало великолепных работ. Но таково уж роковое соседство алмаза, что вок­руг сопряженных с ним научных проблем завихрилось и все худшее, что скрыто в буржуазной науке: скороспелые сенсации и сомнительные эксперименты, эфемерные тео­рии и спекулятивные выводы. С величайшей осторож­ностью приходилось "относиться особенно к тем работам, где задача искусственного получения алмазов объявля­лась будто бы разрешенной.

Взоры многих ученых обратились в глубину воронок алмазных копей, где под бичами надсмотрщиков копо­шились полуголые черные рабы. Исследователи силились представить себе и по возможности повторить алмазообразующие процессы, когда-то происходившие в глубоких воронках, заполненных синей породой — кимберлитом,— в этих артиллерийских стволах вулканизма. Англичанин Хенпей накалял заваренный наглухо реальный артилле­рийский ствол, начинив его соответствующей смесью, и как будто бы «получил алмазы». Крукс взрывал кордит в стальной бомбе и «получил алмазы». Француз My ас-сан стремительно охладил раствор графита в железе и тоже «получил алмазы». Другие бросались на штурм проблемы с еще более легковесным научным вооруже­нием. Русско «получил алмаз», разлагая ацетилен в элек­трической дуге. Дедьер разлагал четыреххлористый углерод над алюминием, а Болотин — светильный газ над ртутью, и оба «получили алмазы». Люпарк и Ковален разлагали сероуглерод и также «получили ал­мазы».

Может быть, никогда еще в науке со времен алхимии не появлялось такого количества столь сенсационных и столь зыбких результатов. Как и у старинных алхимиков, эти разнообразные опыты имели одну общую особен­ность: их не удавалось повторить последователям. Теперь можно утверждать, соблюдая прямоту и деликатность, что эти работы относились к категории опытов, не под­тверждаемых общественной практикой, непременным критерием истины. Похоже, что блеск драгоценностей слепил глаза ученым, мешал объективно оценивать ре­зультаты.

Но штурм алмазной проблемы продолжался...

Уже одно сопоставление удельного объема графита со сравнительно меньшим удельным объемом алмаза пока­зывало, что без сжатия не обойтись. Известный амери­канский физик П. В. Бриджмен попытался при комнат­ной температуре подвергнуть графит давлению в 400 тысяч атмосфер. То была последняя, отчаянная и — увы! — неудачная попытка решить проблему с одной лишь «позиции силы».

Дальнейшее потребовало тонких рассуждений... То, что не могло проясниться в циклопических бомбах экспе­риментатора, родилось при содействии маленькой сталь­ной вещицы, столь же легкой, как рыболовный крючок, но, быть может, не менее могущественной, чем величе­ственный телескоп или синхрофазотрон; мы имеем в виду оружие теоретика — перо. Советскому физику О. В. Лейпунскому путем тонких расчетов, буквально на кончике пера, удалось сформулировать «алмазные условия» — условия перехода графита в алмаз. Здесь и выяснилось, что одних высоких давлений недостаточно.

И вот в чем тонкость дела. Структура кристаллов гра­фита и алмаза подобна строению каркаса высотных зда­ний. В узлах каркаса расположены атомы углерода, а не­видимые связи между ними можно уподобить балкам и колоннам, силовым элементам здания. Разумеется, архи­тектура «здания» графита и алмаза совершенно различ­ная. Теперь представьте самонадеянного строителя, кото­рый подрядился изменить архитектуру здания одним лишь давлением извне, попыткой сдавить каркас. Вероят­нее всего, у него ничего не получится. Для того чтобы заново перекроить архитектуру, недостаточно все решительно сжать, но, возможно, понадобится кое-что растя­нуть. Нужно не только уменьшить расстояние между атомами графита, но и кое-где их увеличить. Тут необхо­димо участие, как минимум, двух противоречивых сил, сжимающей и растягивающей, усиливающей и ослабля­ющей атомные связи. Такие противоборствующие факто­ры есть — это давление и температура. О. В. Лейпунский, опираясь на законы термодинамики, самые общие, непре­ложные законы природы, теоретически рассчитал области давлений и температур, в которых ажурная хрупкая ар­хитектура графита переходит в несокрушимую крепост­ную архитектуру алмаза. Дугообразная плавная кривая диаграммы теоретика стала как бы аркой ворот в запо­ведное царство искусственных алмазов. Но открыть эти ворота оказалось невероятно трудным.